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Strategies to Spatially Guide Li Deposition in Porous Electrodes for High-Performance Lithium Metal Batteries

Drews, Janina und Ahad, Syed Abdul und Geaney, Hugh und Danner, Timo und Latz, Arnulf (2024) Strategies to Spatially Guide Li Deposition in Porous Electrodes for High-Performance Lithium Metal Batteries. 75th Annual Meeting of the International Society of Electrochemistry, 2024-08-18 - 2024-08-23, Montreal, Kanada.

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Kurzfassung

To exploit the high theoretical energy density of Li metal anodes, critical issues like drastic volume changes and dendritic Li growth need to be overcome. A rational design of the anode is key to enhance the safety and extend the cycle life of Li metal batteries. Thereby, 3D host architectures are a promising strategy to alleviate volume changes. However, it is challenging to ensure a bottom-up infilling and prevent Li depostion and consequent dendrite formation on top of the host structure. In our contribution we carefully study the impact of structural and physical properties of the host matrix on Li deposition. Therefore, we present an extended continuum model, which explicitly considers substrate characteristic barriers for Li nucleation. The model is implemented in a 1D as well as in 3D framework, whereby former additionally includes changes of electrolyte and Li volume fraction and thereby caused changes in the specific surface area available for Li plating. The parameterization and validation of the model is based on literature data and dedicated experiments. Extensive parameter studies - including numerous 3D microstructures - reveal key design strategies to achieve the desired bottom-up filling of the porous host. Overall, such an infilling is only observed for hosts with a very low electric conductivity or when preferred nucleation sites are introduced by a lithiophilic interlayer, i.e. Ge, while the microstructure on its own can reduce but not prevent the dominating on-top plating. Thereby, the simulations provide a roadmap to effectively design porous host architectures which enable spatially controlled Li deposition.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/206636/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Strategies to Spatially Guide Li Deposition in Porous Electrodes for High-Performance Lithium Metal Batteries
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Drews, JaninaJanina.Drews (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ahad, Syed AbdulUniversity of LimerickNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Geaney, HughUniversity of LimerickNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Danner, TimoTimo.Danner (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-2336-6059NICHT SPEZIFIZIERT
Latz, ArnulfArnulf.Latz (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2024
Referierte Publikation:Nein
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Status:veröffentlicht
Stichwörter:continuum modelling, lithium plating, 3D current collector, anode-free
Veranstaltungstitel:75th Annual Meeting of the International Society of Electrochemistry
Veranstaltungsort:Montreal, Kanada
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:18 August 2024
Veranstaltungsende:23 August 2024
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Materialien und Technologien für die Energiewende
HGF - Programmthema:Elektrochemische Energiespeicherung
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SP - Energiespeicher
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Elektrochemische Speicher
Standort: Ulm
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Computergestützte Elektrochemie
Hinterlegt von: Drews, Janina
Hinterlegt am:16 Okt 2024 17:32
Letzte Änderung:16 Okt 2024 17:32

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