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Inhomogeneous Carbon Binder Distribution: Implications for Tortuosity Determination from Electrochemical Impedance Spectroscopy

Bieneck, Conrad und Kolzenberg, Lars von und Staacke, Carsten G. und Lammel, Jan und Zausch, Jochen und Latz, Arnulf und Danner, Timo (2025) Inhomogeneous Carbon Binder Distribution: Implications for Tortuosity Determination from Electrochemical Impedance Spectroscopy. Journal of The Electrochemical Society, 172 (7), 070507. Electrochemical Society, Inc.. doi: 10.1149/1945-7111/adde17. ISSN 0013-4651.

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Offizielle URL: https://dx.doi.org/10.1149/1945-7111/adde17

Kurzfassung

A key factor determining battery performance at high currents is the electrode tortuosity. Most commonly, this parameter is obtained from fitting a transmission line model to an electrochemical impedance spectroscopy in blocking conditions. However, this approach does not consider the effects of a nonuniformly distributed double-layer capacitance, coming from an inhomogeneous carbon-binder distribution. Here, we scrutinize the validity of this disregard and critically assess the impact of inhomogeneous distributions. First, we analyze different inhomogeneous distributions of double-layer capacitance and local ionic resistance with a transmission line model, demonstrating opposing effects on the overall apparent ionic resistance. Subsequently, we simulate microstructures with different carbon-binder gradients to investigate the combined effects on electrochemical impedance spectra. Applying the classical tortuosity determination algorithms to the resulting impedance spectra leads to an underestimation of the actual tortuosity. Finally, our pseudo-2-dimensional simulations demonstrate the tortuosity offset leading to a substantial overestimation of the rate capability.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/221616/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Inhomogeneous Carbon Binder Distribution: Implications for Tortuosity Determination from Electrochemical Impedance Spectroscopy
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Bieneck, ConradNICHT SPEZIFIZIERThttps://orcid.org/0009-0001-3164-9393NICHT SPEZIFIZIERT
Kolzenberg, Lars vonNICHT SPEZIFIZIERThttps://orcid.org/0000-0003-0494-8176NICHT SPEZIFIZIERT
Staacke, Carsten G.NICHT SPEZIFIZIERThttps://orcid.org/0000-0002-6846-3808NICHT SPEZIFIZIERT
Lammel, JanNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Zausch, JochenNICHT SPEZIFIZIERThttps://orcid.org/0000-0003-3841-8384NICHT SPEZIFIZIERT
Latz, ArnulfNICHT SPEZIFIZIERThttps://orcid.org/0000-0003-1449-8172NICHT SPEZIFIZIERT
Danner, TimoTimo.Danner (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-2336-6059NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2025
Erschienen in:Journal of The Electrochemical Society
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:172
DOI:10.1149/1945-7111/adde17
Seitenbereich:070507
Verlag:Electrochemical Society, Inc.
ISSN:0013-4651
Status:veröffentlicht
Stichwörter:battery, processing tortuosity, carbon binder distribution, impedance spectroscopy
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Materialien und Technologien für die Energiewende
HGF - Programmthema:Elektrochemische Energiespeicherung
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E VS - Verbrennungssysteme
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Materialen für die elektrochemische Energiespeicherung, E - Elektrochemische Speicher
Standort: Ulm
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Computergestützte Elektrochemie
Hinterlegt von: Danner, Timo
Hinterlegt am:23 Dez 2025 12:39
Letzte Änderung:23 Dez 2025 12:39

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