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Carbonate swollen lithiated Nafion electrolyte for quasi-solid-state lithium-sulfur batteries

Sievert, Brigitta / BS und Lufrano, Ernestino und Gerle, Martina und Tuccillo, Mariarosaria und Biswas, Indro und Simari, Cataldo und Brutti, Sergio und Nojabaee, Maryam und Nicotera, Isabella und Friedrich, Andreas K. (2024) Carbonate swollen lithiated Nafion electrolyte for quasi-solid-state lithium-sulfur batteries. Journal of Materials Chemistry A, Seiten 9002-9016. Royal Society of Chemistry. doi: 10.1039/D3TA06398D. ISSN 2050-7488.

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Offizielle URL: https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2024/ta/d3ta06398d/unauth

Kurzfassung

A solid-state polymer electrolyte (SPE) could be a viable alternative in order to reduce polysulfide mobility and to mitigate the shuttle effect in lithium-sulfur batteries. In this work, single lithium-ion conducting solid polymer electrolytes (SLIC-SPEs) based on a lithiated Nafion membrane have been prepared and characterized for such a purpose. In the search for organic aprotic swelling solvents that do not cause instability or phase separation problems in the membrane and are suitable for use in lithium-sulfur batteries, only a few were found. They included a mixture of ethylene carbonate (EC) and propylene carbonate (PC), and glyme molecules that did not cause undesirable leaching of the solvent during thermal cycling. A thorough and systematic study of lithium-ion transport was conducted on the swollen membranes by pulsed-field gradient nuclear magnetic resonance (PFG-NMR) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS), while the mechanical properties have been tested by dynamic mechanical analysis (DMA). A combination with gas phase infiltrated sulfur-carbon composite cathodes did not only enable the use of carbonate-based solvents in a quasi-solid-state lithium sulfur full cell, but also allow almost complete utilization of the active material without the need for liquid electrolyte additions. Carbonate plasticized Nafion electrolyte improves safety as it is non-toxic, high-boiling and non-flammable. The material combination of a sulfur embedded cathode and ionomer/EC/PC thus opens the way to applications in the field of thin, mechanically flexible and safe high-energy batteries for smart textiles.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/203276/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Carbonate swollen lithiated Nafion electrolyte for quasi-solid-state lithium-sulfur batteries
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Sievert, Brigitta / BSbrigitta.sievert (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-0860-842XNICHT SPEZIFIZIERT
Lufrano, ErnestinoUniversität von Kalabrien, ITNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Gerle, MartinaMartina.Gerle (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-2492-8367NICHT SPEZIFIZIERT
Tuccillo, MariarosariaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Biswas, IndroIndro.Biswas (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-6815-4204NICHT SPEZIFIZIERT
Simari, CataldoNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Brutti, SergioUniversità degli Studi ROMA TRENICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Nojabaee, MaryamMaryam.Nojabaee (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-5225-3526NICHT SPEZIFIZIERT
Nicotera, Isabellaisabella.nicotera (at) unical.itNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Friedrich, Andreas K.andreas.friedrich (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-2968-5029NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:13 März 2024
Erschienen in:Journal of Materials Chemistry A
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1039/D3TA06398D
Seitenbereich:Seiten 9002-9016
Verlag:Royal Society of Chemistry
ISSN:2050-7488
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Lithium Sulfur Battery, QSS, Quasi-solid-state, polymer electrolyte, single lithium-ion conducting solid polymer electrolytes (SLIC-SPEs), ultramicroporous carbon, carbon host, porous carbon, infiltrated sulfur–carbon composite
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
Hinterlegt von: Sievert, Brigitta
Hinterlegt am:29 Mai 2024 17:28
Letzte Änderung:29 Mai 2024 17:28

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