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AuthorHein, Simondc.contributor.author
Date of accession2018-07-09T09:15:39Zdc.date.accessioned
Available in OPARU since2018-07-09T09:15:39Zdc.date.available
Year of creation2017dc.date.created
Date of first publication2018-07-09dc.date.issued
AbstractLithium-Ionen Akkumulatoren finden in vielen Gebieten Anwendung: Sei es als Netzspeicher, in Unterhaltungs- und Haushaltselektronik oder in der Elektromobilität. Alle Anwendungen haben den Bedarf an hoher Energie- und Leistungsdichte und einer langen Lebensdauer gemein. Die Lebensdauer der energiegeladen Lithium-Ionen Akkumulatoren wird durch verschiedene Degradationsprozesse verkürzt. Einer der prominentesten Effekte ist die Abscheidung von metallischem Lithium auf der Anodenoberfläche. Dieser Prozess tritt vorrangig bei niedrigen Temperaturen und bei hohen Ladeströmen auf. Die metallische Lithiumabscheidung kann zum verstärkten Wachstum der sogenannten SEI-Schicht (engl.: Solid-Electrolyte-Interphase) führen, welche einen irreversiblen Lithiumverlust darstellt. Zudem besteht eine erhöhte Gefahr des elektrischen Kurzschlusses, falls die Lithiumschicht durch den Separator bis zur Kathode vordringt. Im Rahmen dieser Dissertation wird die Lithiumabscheidung mittels elektrochemischer Modellbildung und strukturaufgelösten Simulationen untersucht. Ein neues elektrochemisches Modell zur Beschreibung der Abscheidung von metallischen Lithium und der Auflösung wurde entwickelt und ist in das Simulationsframework BEST implementiert. Im Gegensatz zu den bestehenden Modellen zur Lithiumabscheidung erlaubt das neue Modell eine Konkurrenz zwischen der Lithiuminterkalation und Lithiumabscheidung. Eine vollständige Bedeckung der Elektrodenoberfläche resultiert in der Blockade der Lithiumeinlagerung im Elektrodenmaterial. Die Kombination des Abscheidungmodells mit einer bestehenden 3D Transporttheorie ermöglicht erstmalig elektrochemische Simulationen eines Lithium-Ionen Akkumulators, in welchem metallisches Lithium entsteht. Bisherige Modelle beinhalten die Mikrostruktur der Elektroden nur als über das Volumen gemittelte Kenngrößen, wie etwa Porosität und Tortuosität. Während der Entladung eines Lithium-Ionen Akkumulators, welcher metallisches Lithium auf der Anodenoberfläche aufweist, zeigt sich ein charakteristisches Plateau im Zellpotential. Dieses Plateau existiert nur falls metallisches Lithium in der Elektrode vorliegt und sich durch den angelegten Strom in den Elektrolyten auflöst. Elektrochemische Simulationen zeigen, dass die Länge des Plateaus vom angelegten Strom und die Ausgeprägtheit vom Verhältnis zwischen freier und mit Lithium bedeckter Oberfläche abhängen. Zudem ist eine Veränderung des Zellpotentials erkennbar, sobald Lithiummetall abgeschieden wird. Die vollständige Bedeckung der Elektrode führt zu einer porösen Lithiumelektrode und einem konstanten Zellpotential bei einer Halbzellkonfiguration. Die räumlichen Variationen verschiedener elektrochemischer Größen, wie etwa die Reaktionsgeschwindigkeit der Lithiumabscheidung, zeigen einen deutlichen Einfluss auf die räumliche Verteilung und die Homogenität des abgeschiedenen Lithiums. Eine inhomogene Lithiumabscheidung geht mit einer Abschwächung der Veränderungen im Zellpotential einher. Die lokal konzentrierte Lithiumabscheidung kann zu einem lokal beschleunigtem SEI-Wachstum und somit zu Lithiumverlust führen. Die elektrochemischen Simulationen mit räumlicher Auflösung der Elektrodenstruktur zusammen mit dem Abscheidungsmodell ermöglichen einen Einblick in die elektrochemische Umgebung im Lithium-Ionen Akkumulator und liefern gleichzeitig die Möglichkeit extern messbare Größen mit der Lithiumabscheidung zu korrelieren.dc.description.abstract
Languageendc.language.iso
PublisherUniversität Ulmdc.publisher
LicenseStandarddc.rights
Link to license texthttps://oparu.uni-ulm.de/xmlui/license_v3dc.rights.uri
Dewey Decimal GroupDDC 530 / Physicsdc.subject.ddc
LCSHPlatingdc.subject.lcsh
LCSHLithium ion batteriesdc.subject.lcsh
TitleModeling of lithium plating in lithium-ion-batteriesdc.title
Resource typeDissertationdc.type
Date of acceptance2018-05-08dcterms.dateAccepted
RefereeLatz, Arnulfdc.contributor.referee
RefereeGroß, Axeldc.contributor.referee
DOIhttp://dx.doi.org/10.18725/OPARU-7939dc.identifier.doi
PPN1026919614dc.identifier.ppn
URNhttp://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:289-oparu-7996-2dc.identifier.urn
GNDModellierungdc.subject.gnd
GNDSimulationdc.subject.gnd
GNDLithium-Platingdc.subject.gnd
GNDLithium-Ionen-Akkumulatordc.subject.gnd
FacultyFakultät für Naturwissenschaftenuulm.affiliationGeneral
InstitutionInstitut für Elektrochemieuulm.affiliationSpecific
InstitutionHelmholtz-Institut Ulmuulm.affiliationSpecific
Grantor of degreeFakultät für Naturwissenschaftenuulm.thesisGrantor
DCMI TypeTextuulm.typeDCMI
CategoryPublikationenuulm.category
FundingMULTIBAT / BMBF 05M13CLAuulm.funding
University Bibliographyjauulm.unibibliographie


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