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Characterization of Elasticity for Silicon‐Containing Anodes by Microindentation

Lin, Hung und Wu, Yuechen und Lewerich, Burkhard und Knobbe, Edwin und Danner, Timo und Latz, Arnulf (2025) Characterization of Elasticity for Silicon‐Containing Anodes by Microindentation. Energy Technology, 13 (12). Wiley. doi: 10.1002/ente.202500383. ISSN 2194-4288.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
1MB

Offizielle URL: https://dx.doi.org/10.1002/ente.202500383

Kurzfassung

The intricate internal stresses within porous electrode coatings (PEC) are induced by charging and discharging of lithium-ion batteries. The incorporation of silicon-based particles in the anode further exacerbates the volume change of active particles and the microstructure change of PECs during battery cycling. This highlights the urgent need for a mechanical model of the PEC in electrochemically and mechanically coupled cell simulations. The first step to develop such a model is a layer-resolved, homogenized mechanical characterization of the PEC. In cylindrical cells, the mechanical properties of the PEC are highly nonlinear due to its multiphase granular microstructure combined with its thin, rolled geometry inside the cell housing. Herein, microindentation is employed and analyzed to extract the one-dimensional mechanical response of a single PEC-layer. Three major challenges of microindentation, thermal drift, substrate effect, and tip size effect are overcome. Quantification of short-term elasticity as well as long-term viscoelasticity is done for a silicon-containing dry anode sample by the proposed workflow. The results demonstrate that microindentation is a suitable and effective measurement method for characterizing PECs, thereby facilitating the development of mechanical models for multidisciplinary cell simulations.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/221619/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Characterization of Elasticity for Silicon‐Containing Anodes by Microindentation
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Lin, HungNICHT SPEZIFIZIERThttps://orcid.org/0009-0009-4423-5753NICHT SPEZIFIZIERT
Wu, YuechenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Lewerich, BurkhardNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Knobbe, EdwinNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Danner, TimoTimo.Danner (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-2336-6059NICHT SPEZIFIZIERT
Latz, ArnulfArnulf.Latz (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2025
Erschienen in:Energy Technology
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:13
DOI:10.1002/ente.202500383
Verlag:Wiley
ISSN:2194-4288
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Batteries, silicon, characterization
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, E - Materialen für die elektrochemische Energiespeicherung
Standort: Ulm
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Computergestützte Elektrochemie
Hinterlegt von: Danner, Timo
Hinterlegt am:23 Dez 2025 12:35
Letzte Änderung:08 Jan 2026 11:38

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