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Morphology‐Dependent Influences on the Performance of Battery Cells with a Hierarchically Structured Positive Electrode**

Naumann, Johanna 1; Bohn, Nicole 2; Birkholz, Oleg; Neumann, Matthias; Müller, Marcus ORCID iD icon 2; Binder, Joachim R. 2; Kamlah, Marc ORCID iD icon 3
1 Post Lithium Storage (POLiS), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
2 Institut für Angewandte Materialien – Energiespeichersysteme (IAM-ESS), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
3 Institut für Angewandte Materialien – Werkstoff- und Grenzflächenmechanik (IAM-MMI), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Abstract:

The rising demand for high-performing batteries requires new technological concepts. To facilitate fast charge and discharge, hierarchically structured electrodes offer short diffusion paths in the active material. However, there are still gaps in understanding the influences on the cell performance of such electrodes. Here, we employed a cell model to demonstrate that the morphology of the hierarchically structured electrode determines which electrochemical processes dictate the cell performance. The potentially limiting processes include electronic conductivity within the porous secondary particles, solid diffusion within the primary particles, and ionic transport in the electrolyte surrounding the secondary particles. Mitigating these limits requires an electronic conductivity in the active material of at least 10−4 S m−1 and a primary particle radius below 100 nm. Our insights enable a goal-oriented tailoring of hierarchically structured electrodes for high-power applications.


Verlagsausgabe §
DOI: 10.5445/IR/1000164072
Veröffentlicht am 09.11.2023
Originalveröffentlichung
DOI: 10.1002/batt.202300264
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Zitationen: 5
Web of Science
Zitationen: 4
Dimensions
Zitationen: 6
Cover der Publikation
Zugehörige Institution(en) am KIT Institut für Angewandte Materialien – Energiespeichersysteme (IAM-ESS)
Post Lithium Storage (POLiS)
Institut für Angewandte Materialien – Werkstoff- und Grenzflächenmechanik (IAM-MMI)
Publikationstyp Zeitschriftenaufsatz
Publikationsjahr 2023
Sprache Englisch
Identifikator ISSN: 2566-6223
KITopen-ID: 1000164072
HGF-Programm 38.02.02 (POF IV, LK 01) Components and Cells
Weitere HGF-Programme 38.02.01 (POF IV, LK 01) Fundamentals and Materials
Erschienen in Batteries & Supercaps
Verlag John Wiley and Sons
Band 6
Heft 12
Seiten Art.-Nr.: e202300264
Vorab online veröffentlicht am 18.09.2023
Nachgewiesen in Web of Science
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