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A Flexible Framework for Modeling Multiple Solid, Liquid and Gaseous Phases in Batteries and Fuel Cells

Neidhardt, Jonathan und Fronczek, David Norman und Jahnke, Thomas und Danner, Timo und Horstmann, Birger und Bessler, Wolfgang G. (2012) A Flexible Framework for Modeling Multiple Solid, Liquid and Gaseous Phases in Batteries and Fuel Cells. Journal of The Electrochemical Society, 159 (9), Seiten 1528-1542. Electrochemical Society, Inc.. doi: 10.1149/2.023209jes. ISSN 0013-4651.

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Kurzfassung

Multi-phase management is crucial for performance and durability of electrochemical cells such as batteries and fuel cells. In this paper we present a generic framework for describing the two-dimensional spatiotemporal evolution of gaseous, liquid and solid phases, as well as their interdependence with interfacial (electro-)chemistry and microstructure in a continuum description. The modeling domain consists of up to seven layers (current collectors, channels, electrodes, separator/membrane), each of which can consist of an arbitrary number of bulk phases (gas, liquid, solid) and connecting interfaces (two-phase or multi-phase boundaries). Bulk and interfacial chemistry is described using global or elementary kinetic reactions. Multi-phase management is coupled to chemistry and to mass and charge transport within bulk phases. The functionality and flexibility of this framework is demonstrated using four application areas in the context of post-lithium-ion batteries and fuel cells, that is, lithium-sulfur (Li-S) cells, lithiumoxygen (Li-O) cells, solid oxide fuel cells (SOFC) and polymer electrolyte membrane fuel cells (PEFC). The results are compared to models available in literature and properties of the generic framework are discussed.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/78167/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:A Flexible Framework for Modeling Multiple Solid, Liquid and Gaseous Phases in Batteries and Fuel Cells
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Neidhardt, Jonathanjonathan.neidhardt (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Fronczek, David Normandavid.fronczek (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Jahnke, Thomasthomas.jahnke (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Danner, Timotimo.danner (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-2336-6059NICHT SPEZIFIZIERT
Horstmann, Birgerbirger.horstmann (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-1500-0578NICHT SPEZIFIZIERT
Bessler, Wolfgang G.wolfgang.bessler (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:14 August 2012
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:159
DOI:10.1149/2.023209jes
Seitenbereich:Seiten 1528-1542
Verlag:Electrochemical Society, Inc.
ISSN:0013-4651
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Phase management, water management, modeling, simulation, lithium-sulfur (Li-S), lithium-oxygen (Li-O), solid oxide fuel cell (SOFC), polymer electrolyte membrane fuel cell (PEFC)
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Rationelle Energieumwandlung und Nutzung (alt)
HGF - Programmthema:Brennstoffzelle (alt)
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E EV - Energieverfahrenstechnik
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Elektrochemische Prozesse (alt)
Standort: Stuttgart
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Elektrochemische Energietechnik
Hinterlegt von: Neidhardt, Jonathan
Hinterlegt am:05 Nov 2012 15:34
Letzte Änderung:29 Nov 2023 13:46

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