Möller, S. and Schwab, C. and Seidlmayer, S. and Clausnitzer, M. and Rosen, M. and Hörmann, J. and Mann, M. and Cannavo, A. and Ceccio, G. and Vacik, J. and Mouzakka, K.F. and Danner, T. and Latz, A. and Gilles, R. and Finsterbusch, M. (2024) The Li battery digital twin – Combining 4D modelling, electro-chemistry, neutron, and ion-beam techniques. Journal of Power Sources, 610, p. 234681. Elsevier. doi: 10.1016/j.jpowsour.2024.234681. ISSN 0378-7753.
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Official URL: https://dx.doi.org/10.1016/j.jpowsour.2024.234681
Abstract
Knowledge driven materials and component design is key for improving the performance of Li-ion batteries and solving the remaining hurdles for next-generation battery concepts like all-solid-state batteries. While the spatial and time dependent distribution of Li would help elucidating performance bottlenecks and degradation phe nomena, only a few analysis techniques are available, due to the unique nature of Li, especially as Li+-ion. In fact, only two non-destructive techniques with good time resolution can combine spatial information with absolute quantification of Li, one being Neutron Depth Profiling (NDP), the other Ion-Beam-Analysis (IBA). While both exploit nuclear processes, the information gained is complementary. NDP provides high depth resolution, but only limited lateral resolution, whereas IBA has high lateral, but only limited depth resolution. In this study, we benchmark both techniques for the first time using a set of Li-battery test-samples and show the strengths and synergies of both techniques. The derived information regarding the depth dependent Li-concentration is then used to validate a microstructure resolved continuum model of charge, discharge, and relaxation behavior of the cells and electro-chemical analysis. This fundamental work demonstrates a new route to optimize Li batteries on material and component level by combining advanced characterization and digital twin modelling.
| Item URL in elib: | https://elib.dlr.de/206631/ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| Document Type: | Article | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Title: | The Li battery digital twin – Combining 4D modelling, electro-chemistry, neutron, and ion-beam techniques | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Authors: |
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| Date: | 5 May 2024 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Journal or Publication Title: | Journal of Power Sources | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Refereed publication: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Open Access: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Gold Open Access: | No | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| In SCOPUS: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| In ISI Web of Science: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Volume: | 610 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DOI: | 10.1016/j.jpowsour.2024.234681 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Page Range: | p. 234681 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Publisher: | Elsevier | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ISSN: | 0378-7753 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Status: | Published | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Keywords: | Ion-beam-analysis All-solid-state batteries Material analysis Neutron-depth profiling Li batteries | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| HGF - Research field: | Energy | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| HGF - Program: | Materials and Technologies for the Energy Transition | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| HGF - Program Themes: | Electrochemical Energy Storage | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DLR - Research area: | Energy | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DLR - Program: | E SP - Energy Storage | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DLR - Research theme (Project): | E - Electrochemical Storage | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Location: | Ulm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Institutes and Institutions: | Institute of Engineering Thermodynamics > Computational Electrochemistry | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Deposited By: | Danner, Timo | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Deposited On: | 16 Oct 2024 17:32 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Last Modified: | 18 Oct 2024 12:05 |
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