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Modeling of structured electrodes in lithium-sulfur batteries

Danner, Timo und Zhu, Guanchen und Hofmann, Andreas F. und Latz, Arnulf (2015) Modeling of structured electrodes in lithium-sulfur batteries. 12th Symposium on Fuel Cell and Battery Modelling and Experimental Validation, 2015-03-26, Freiburg, Deutschland.

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Kurzfassung

Due to their high theoretical capacity lithium-sulfur batteries (Li/S) are envisioned as next-generation storage technology for electric vehicles [1]. However, several challenges obviate a successful commercialization of the battery. Most of them are related to the high solubility of intermediate polysulfide species and the resulting so-called ‘shuttle effect’. The transport of polysulfides between positive and negative electrode causes a decay of capacity and low coulombic efficiency upon cycling. Experimental studies [2] demonstrate that nano-structuring of carbon/sulphur composite electrodes significantly improves the cyclability of the battery. Micro-porous particles [3], hollow carbon spheres (HCS) or carbon nano tubes (CNTs) are used to encapsulate the sulphur and to prevent transport of polysulfides to the anode. In our contribution we present results of a detailed 1D single particle continuum model describing reaction and transport inside a representative spherical particle [4], [5]. On the surface we assume that only lithium ions are able to enter and leave the particle. This relatively simple model gives some interesting insights on the behavior of the particle during battery operation. Most prominently, we identified an additional overpotential during discharge resulting from the transport of Li ions against a concentration gradient into the particle. In a following step we couple the single particle model to a macroscopic model of a full battery cell. Results of the 1+1D full cell simulations are parameterized and validated based on experimental data [3]. Systematic parameter studies reveal the influence of novel electrode geometries on battery performance and are able to guide future improvements in electrode design.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/99753/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Poster)
Titel:Modeling of structured electrodes in lithium-sulfur batteries
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Danner, Timotimo.danner (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-2336-6059NICHT SPEZIFIZIERT
Zhu, GuanchenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hofmann, Andreas F.andreas.hofmann (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Latz, Arnulfarnulf.latz (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:März 2015
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Li-Schwefel Batterie, Modellierung, Simulation
Veranstaltungstitel:12th Symposium on Fuel Cell and Battery Modelling and Experimental Validation
Veranstaltungsort:Freiburg, Deutschland
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsdatum:26 März 2015
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 > Computergestützte Elektrochemie
Hinterlegt von: Danner, Timo
Hinterlegt am:24 Nov 2015 14:26
Letzte Änderung:19 Aug 2024 11:42

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