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Operando UV/vis Spectroscopy Providing Insights into the Sulfur and Polysulfide Dissolution in Magnesium-Sulfur Batteries

Häcker, Joachim und Nguyen, Duc Hien und Rommel, Tobias und Zhao-Karger, Zhirong und Wagner, Norbert und Friedrich, Kaspar Andreas (2022) Operando UV/vis Spectroscopy Providing Insights into the Sulfur and Polysulfide Dissolution in Magnesium-Sulfur Batteries. ACS Energy Letters, 7 (1), Seiten 1-9. American Chemical Society (ACS). doi: 10.1021/acsenergylett.1c02152. ISSN 2380-8195.

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Offizielle URL: https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsenergylett.1c02152

Kurzfassung

The magnesium-sulfur battery represents a promising post-lithium system with potentially high energy density and improved safety. However, just as all metal-sulfur systems, it is plagued with the polysulfide shuttle leading to active material loss and surface layer formation on the anode. To gain further insights, the present study aims to shed light on the dissolution characteristics of sulfur and polysulfides in glyme-based electrolytes for magnesium-sulfur batteries. Therefore, operando UV/vis spectroscopy and imaging were applied to survey their concentration in solution and the separator coloration during galvanostatic cycling. The influence of conductive cathode additives (carbon black and titanium nitride) on the sulfur retention and cycling overpotentials were investigated. Thus, valuable insights into the system's reversibility and the benefit of additional reaction sites are gained. On the basis of these findings, a reduction pathway is proposed with S8, S62-, and S42- being the present species in the electrolyte, while the dissolution of S82- and S3°- is unfavored. In addition, the evolution of the sulfur species concentration during an extended rest at open-circuit voltage was investigated, which revealed a three-staged self-discharge.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/148741/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Operando UV/vis Spectroscopy Providing Insights into the Sulfur and Polysulfide Dissolution in Magnesium-Sulfur Batteries
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Häcker, JoachimJoachim.Haecker (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-2031-9898NICHT SPEZIFIZIERT
Nguyen, Duc HienH.Nguyen (at) fkf.mpg.dehttps://orcid.org/0000-0002-3442-1159NICHT SPEZIFIZIERT
Rommel, TobiasT.Rommel (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-8945-4444NICHT SPEZIFIZIERT
Zhao-Karger, Zhirongzhirong.zhao-karger (at) kit.eduhttps://orcid.org/0000-0002-7233-9818NICHT SPEZIFIZIERT
Wagner, NorbertNorbert.Wagner (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-2596-8689NICHT SPEZIFIZIERT
Friedrich, Kaspar AndreasAndreas.Friedrich (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:20 November 2022
Erschienen in:ACS Energy Letters
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:7
DOI:10.1021/acsenergylett.1c02152
Seitenbereich:Seiten 1-9
Verlag:American Chemical Society (ACS)
ISSN:2380-8195
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Magnesium-Schwefel Batterie, magnesium-sulfur battery, polysulfide shuttle, operando UV/Vis spectroscopy, self-discharge
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Materialien und Technologien für die Energiewende
HGF - Programmthema:Elektrochemische Energiespeicherung
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SP - Energiespeicher
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Elektrochemische Speicher, E - Materialen für die elektrochemische Energiespeicherung
Standort: Stuttgart
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Elektrochemische Energietechnik
Hinterlegt von: Häcker, Joachim
Hinterlegt am:20 Mai 2022 13:18
Letzte Änderung:29 Nov 2023 14:56

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