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Digital-twin-driven structural and electrochemical analysis of Li+ single-ion conducting polymer electrolyte for all-solid-state batteries
Battery Energy ( IF 9.0 ) Pub Date : 2023-01-13 , DOI: 10.1002/bte2.20220061 Jongjun Lee 1 , Seoungwoo Byun 1 , Hyobin Lee 1 , Youngjoon Roh 1 , Dahee Jin 1 , Jaejin Lim 1 , Jihun Song 1 , Cyril Bubu Dzakpasu 1 , Joonam Park 2 , Yong Min Lee 1, 2
Battery Energy ( IF 9.0 ) Pub Date : 2023-01-13 , DOI: 10.1002/bte2.20220061 Jongjun Lee 1 , Seoungwoo Byun 1 , Hyobin Lee 1 , Youngjoon Roh 1 , Dahee Jin 1 , Jaejin Lim 1 , Jihun Song 1 , Cyril Bubu Dzakpasu 1 , Joonam Park 2 , Yong Min Lee 1, 2
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The electrode structure is a crucial factor for all-solid-state batteries (ASSBs) since it affects the electronic and ionic transport properties and determines the electrochemical performance. In terms of electrode structure design, a single-ion conducting solid polymer electrolyte (SIC-SPE) is an attractive solid electrolyte (SE) for the composite electrode among various SEs. Although the ionic conductivity of SIC-SPE is lower than other inorganic SEs, the SIC-SPE has a relatively lower density and can form an intimate contact between the SE and active materials (AM), resulting in an excellent electrode structure. The electrochemical performance of the cell with SIC-SPE was comparable with the cell with Li6PS5Cl (LPSCl), which has 10 times higher intrinsic ionic conductivity than SIC-SPE (SIC-SPE: 0.2 × 10−3 S cm−1, LPSCl: 2.2 = 10−3 S cm−1 at 25°C). 3D digital-twin-driven simulation showed that the electrode with SIC-SPE has a higher SE volume fraction, a lower tortuosity, and a larger AM/SE contact area than the LPSCl electrode. The favorable structure of the SIC-SPE electrode leads to lower overpotential than the LPSCl electrode during operation. Our results suggest that the SIC-SPE is a promising SE for making a good electrode structure in ASSBs.
中文翻译:
用于全固态电池的 Li+ 单离子导电聚合物电解质的数字孪生驱动结构和电化学分析
电极结构是全固态电池 (ASSB) 的关键因素,因为它会影响电子和离子传输特性并决定电化学性能。在电极结构设计方面,单离子导电固体聚合物电解质(SIC-SPE)是各种SE中复合电极的一种有吸引力的固体电解质(SE)。虽然 SIC-SPE 的离子电导率低于其他无机 SE,但 SIC-SPE 具有相对较低的密度,可以在 SE 和活性材料 (AM) 之间形成紧密接触,从而形成优异的电极结构。使用 SIC-SPE 的电池的电化学性能与使用 Li6PS5Cl (LPSCl) 的电池相当,后者的固有离子电导率是 SIC-SPE 的 10 倍(SIC-SPE:0.2 × 10 -3S cm -1,LPSCl:2.2 = 10 -3 S cm -1在25°C)。3D 数字孪生驱动仿真表明,与 LPSCl 电极相比,具有 SIC-SPE 的电极具有更高的 SE 体积分数、更低的曲折度和更大的 AM/SE 接触面积。SIC-SPE 电极的有利结构导致在操作期间比 LPSCl 电极更低的过电势。我们的结果表明,SIC-SPE 是一种很有前途的 SE,可用于在 ASSB 中制造良好的电极结构。
更新日期:2023-01-13
中文翻译:
用于全固态电池的 Li+ 单离子导电聚合物电解质的数字孪生驱动结构和电化学分析
电极结构是全固态电池 (ASSB) 的关键因素,因为它会影响电子和离子传输特性并决定电化学性能。在电极结构设计方面,单离子导电固体聚合物电解质(SIC-SPE)是各种SE中复合电极的一种有吸引力的固体电解质(SE)。虽然 SIC-SPE 的离子电导率低于其他无机 SE,但 SIC-SPE 具有相对较低的密度,可以在 SE 和活性材料 (AM) 之间形成紧密接触,从而形成优异的电极结构。使用 SIC-SPE 的电池的电化学性能与使用 Li6PS5Cl (LPSCl) 的电池相当,后者的固有离子电导率是 SIC-SPE 的 10 倍(SIC-SPE:0.2 × 10 -3S cm -1,LPSCl:2.2 = 10 -3 S cm -1在25°C)。3D 数字孪生驱动仿真表明,与 LPSCl 电极相比,具有 SIC-SPE 的电极具有更高的 SE 体积分数、更低的曲折度和更大的 AM/SE 接触面积。SIC-SPE 电极的有利结构导致在操作期间比 LPSCl 电极更低的过电势。我们的结果表明,SIC-SPE 是一种很有前途的 SE,可用于在 ASSB 中制造良好的电极结构。