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Mechanistic modeling of polysulfide shuttle and capacity loss in lithium-sulfur batteries

Hofmann, Andreas F. und Fronczek, David Norman und Bessler, Wolfgang (2014) Mechanistic modeling of polysulfide shuttle and capacity loss in lithium-sulfur batteries. Journal of Power Sources, 259, Seiten 300-310. Elsevier. doi: 10.1016/j.jpowsour.2014.02.082. ISSN 0378-7753.

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Kurzfassung

Lithium-sulfur (Li/S) cells are promising candidates for a next generation of safe and cost-effective high energy density batteries for mobile and stationary applications. At present, most Li/S cells still suffer from relatively poor cyclability, capacity loss under moderate current densities and self-discharge. Furthermore, the underlying chemical mechanisms of the general discharge/charge behavior as well as Li/S-specific phenomena like the polysulfide shuttle are not yet fully understood. Here we present a thermodynamically consistent, fully reversible continuum model of a Li/S cell with simplified four-step electrochemistry, including a simple description of the polysulfide shuttle effect. The model is parameterized using experimental discharge curves obtained from literature and reproduces behavior at various current densities with fairly high accuracy. While being instructively simple, the presented model can still reproduce distinct macroscopic Li/S-cell features caused by the shuttle effect, e.g., seemingly infinite charging at low charge current densities, and suboptimal coulombic efficiency. The irreversible transport of active material from the cathode to the anode results in a voltage drop and capacity loss during cycling, which can also be observed experimentally.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/88250/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Mechanistic modeling of polysulfide shuttle and capacity loss in lithium-sulfur batteries
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Hofmann, Andreas F.andreas.hofmann (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Fronczek, David Normandavid.fronczek (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bessler, Wolfgangwolfgang.bessler (at) hs-offenburg.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2014
Erschienen in:Journal of Power Sources
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:259
DOI:10.1016/j.jpowsour.2014.02.082
Seitenbereich:Seiten 300-310
Verlag:Elsevier
ISSN:0378-7753
Status:veröffentlicht
Stichwörter:lithium sulfur battery, modeling, simulation, polysulfide shuttle effect, cyclability, coulombic effciency
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: andere
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Computergestützte Elektrochemie
Hinterlegt von: Hofmann, Andreas Felix
Hinterlegt am:07 Apr 2014 11:56
Letzte Änderung:06 Nov 2023 15:03

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