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Ultramicroporous carbon aerogels encapsulating sulfur as the cathode for lithium–sulfur batteries

Nojabaee, Maryam und Sievert, Brigitta und Schwan, Marina und Schettler, Jessica und Warth, Frieder und Wagner, Norbert und Milow, Barbara und Friedrich, Kaspar Andreas (2021) Ultramicroporous carbon aerogels encapsulating sulfur as the cathode for lithium–sulfur batteries. Journal of Materials Chemistry A, 10 (9), Seiten 6508-6519. Royal Society of Chemistry. doi: 10.1039/D0TA11332H. ISSN 2050-7488.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
1MB

Offizielle URL: https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2021/TA/D0TA11332H

Kurzfassung

Highly porous carbon materials employed in sulfur cathodes are of utmost importance to the charge transport, conductivity and stability of the cathode in metal–sulfur batteries. Herein, ultramicroporous carbon aerogels as conductive matrices embedding sulfur for cathode application in lithium–sulfur batteries are synthesized and investigated. Resulting from organic resorcinol–formaldehyde aerogels, the synthesized carbon aerogels feature a highly porous structure with a surface area of 500–2000 m2 g−1 and large micropore volume up to 0.6 cm3 g−1. The effective gas-phase sulfur infiltration of the carbon aerogels and the resulting confinement of sulfur in the micropores are demonstrated. It is indicated that sulfur-infiltrated microporous carbon aerogel cathodes are able to suppress the polysulfide shuttle effect, maintaining 80% (≥1000 mA h g(S)−1) and 70% (≥800 mA h g(S)−1) of the initial discharge capacity after 200 cycles at a rate of 0.3C in carbonate and ether-based electrolytes, respectively. Remarkably, the herein prepared composite cathode can still deliver a discharge capacity of at least 700 mA h g(S)−1 at a faster rate of 2C in both electrolyte systems. The cyclability and compatibility of the ether and carbonate-based electrolytes with such a composite cathode are discussed elaborately.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/143420/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Ultramicroporous carbon aerogels encapsulating sulfur as the cathode for lithium–sulfur batteries
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Nojabaee, MaryamMaryam.Nojabaee (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-5225-3526NICHT SPEZIFIZIERT
Sievert, BrigittaBrigitta.Sievert (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-0860-842XNICHT SPEZIFIZIERT
Schwan, Marinamarina.schwan (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-6329-8164NICHT SPEZIFIZIERT
Schettler, JessicaJessica.Schettler (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Warth, Friederfrieder.warth (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-4930-2491NICHT SPEZIFIZIERT
Wagner, NorbertNorbert.Wagner (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-2596-8689NICHT SPEZIFIZIERT
Milow, BarbaraBarbara.Milow (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-6350-7728NICHT SPEZIFIZIERT
Friedrich, Kaspar Andreasandreas.friedrich (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-2968-5029NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:21 Februar 2021
Erschienen in:Journal of Materials Chemistry A
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:10
DOI:10.1039/D0TA11332H
Seitenbereich:Seiten 6508-6519
Verlag:Royal Society of Chemistry
ISSN:2050-7488
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Carbon Aerogel, Sulfur, Ultramicroporous, Infiltration, Carbonate, Glyme
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Materialien und Technologien für die Energiewende
HGF - Programmthema:Elektrochemische Energiespeicherung
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E VS - Verbrennungssysteme
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Materialen für die elektrochemische Energiespeicherung
Standort: Stuttgart
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Elektrochemische Energietechnik
Institut für Werkstoff-Forschung > Aerogele und Aerogelverbundwerkstoffe
Hinterlegt von: Sievert, Brigitta
Hinterlegt am:29 Okt 2021 11:08
Letzte Änderung:01 Jan 2024 03:00

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