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Impact of the Sulfurized Polyacrylonitrile Cathode Microstructure on the Electrochemical Performance of Lithium–Sulfur Batteries

Gerle, Martina und Moschner, Robin und Danner, Timo und Simanjuntak, Esther Kezia und Michalowski, Peter und Latz, Arnulf und Nojabaee, Maryam und Kwade, Arno und Friedrich, Kaspar Andreas (2025) Impact of the Sulfurized Polyacrylonitrile Cathode Microstructure on the Electrochemical Performance of Lithium–Sulfur Batteries. Advanced Science, Seite 2415436. Wiley. doi: 10.1002/advs.202415436. ISSN 2198-3844.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
3MB

Offizielle URL: https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202415436

Kurzfassung

The growing demand for advanced energy storage systems requires the development of next-generation battery technologies with superior energy density and cycle stability, with lithium–sulfur (Li–S) batteries representing a promising solution. Sulfur-containing polyacrylonitrile cathodes (SPAN) for Li–S batteries are a significant advancement for this next-generation battery chemistry, addressing the major issue of limited cycle life encountered in conventional carbon/sulfur composite cathodes. In the presented study, the influence of available ionic and electronic conduction pathways within the cathode on the electrochemical performance of SPAN-based Li–S batteries is studied in details. To this end, a series of SPAN cathodes with different microstructures is prepared by adapting the compression degree of calendering. Mechanical and morphological characterizations confirm a pronounced springback effect due to a characteristic elastic deformation behavior of SPAN. Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) shows increased cathode impedance values with multiple overlapping processes in the high- to mid-frequency region in highly compressed SPAN cathodes. Moreover, while the (first) discharge capacity is unaffected, the subsequent charge capacity decreases substantially for highly compressed cathodes. The electrochemical experiments and electrochemical continuum simulations confirm that this phenomenon is mainly due to the disturbance of the electronic percolation pathways caused by the springback behavior during calendering.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/213115/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Impact of the Sulfurized Polyacrylonitrile Cathode Microstructure on the Electrochemical Performance of Lithium–Sulfur Batteries
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Gerle, MartinaMartina.Gerle (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-2492-8367180414685
Moschner, RobinBattery LabFactory BraunschweigNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Danner, TimoTimo.Danner (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-2336-6059NICHT SPEZIFIZIERT
Simanjuntak, Esther KeziaEsther.Simanjuntak (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Michalowski, PeterBattery LabFactory BraunschweigNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Latz, ArnulfArnulf.Latz (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Nojabaee, MaryamMaryam.Nojabaee (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kwade, ArnoInstitut für Partikeltechnik (IPAT), Technische Universität BraunschweigNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Friedrich, Kaspar AndreasAndreas.Friedrich (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:22 Februar 2025
Erschienen in:Advanced Science
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1002/advs.202415436
Seitenbereich:Seite 2415436
Verlag:Wiley
ISSN:2198-3844
Status:veröffentlicht
Stichwörter:calendering, electrochemical characterization, electrochemical impedance spectroscopy, Lithium-sulfur battery, mechanical characterization, numerical simulation, sulfurized polyacrylonitrile
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
Standort: Stuttgart
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Elektrochemische Energietechnik
Hinterlegt von: Gerle, Martina
Hinterlegt am:19 Mär 2025 15:10
Letzte Änderung:19 Mär 2025 15:10

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