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AFM as an analysis tool for high-capacity sulfur cathodes for Li–S batteries

Hiesgen, Renate und Sörgel, Seniz und Costa, Rémi und Carlé, Linus und Galm, Ines und Cañas, Natalia A. und Pascucci, Brigitta und Friedrich, K. Andreas (2013) AFM as an analysis tool for high-capacity sulfur cathodes for Li–S batteries. Beilstein Journal of Nanotechnology (4), Seiten 611-624. Beilstein-Institut. doi: 10.3762/bjnano.4.68. ISSN 2190-4286.

[img] PDF - Nur DLR-intern zugänglich
3MB

Offizielle URL: http://www.beilstein-institut.de/journals/nanotechnologie/

Kurzfassung

In this work, material-sensitive atomic force microscopy (AFM) techniques were used to analyse the cathodes of lithium–sulfur batteries. A comparison of their nanoscale electrical, electrochemical, and morphological properties was performed with samples prepared by either suspension-spraying or doctor-blade coating with different binders. Morphological studies of the cathodes before and after the electrochemical tests were performed by using AFM and scanning electron microscopy (SEM). The cathodes that contained polyvinylidene fluoride (PVDF) and were prepared by spray-coating exhibited a superior stability of the morphology and the electric network associated with the capacity and cycling stability of these batteries. A reduction of the conductive area determined by conductive AFM was found to correlate to the battery capacity loss for all cathodes. X-ray diffraction (XRD) measurements of Li2S exposed to ambient air showed that insulating Li2S hydrolyses to insulating LiOH. This validates the significance of electrical ex-situ AFM analysis after cycling. Conductive tapping mode AFM indicated the existence of large carbon-coated sulfur particles. Based on the analytical findings, the first results of an optimized cathode showed a much improved discharge capacity of 800 mA·g(sulfur)−1 after 43 cycles.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/84875/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:AFM as an analysis tool for high-capacity sulfur cathodes for Li–S batteries
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Hiesgen, Renate renate.hiesgen (at) hs-esslingen.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Sörgel, Seniz seniz.sörgel (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Costa, Rémi remi.costa (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-3534-1935NICHT SPEZIFIZIERT
Carlé, Linuslinus.carle (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Galm, Ines ines.galm (at) hs-esslingen.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Cañas, Natalia A.natalia.canas (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Pascucci, Brigitta brigitta.psacucci (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Friedrich, K. Andreas andreas.friedrich (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:4 Oktober 2013
Erschienen in:Beilstein Journal of Nanotechnology
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.3762/bjnano.4.68
Seitenbereich:Seiten 611-624
Verlag:Beilstein-Institut
Name der Reihe:"Advanced atomic force microscopy techniques II"
ISSN:2190-4286
Status:veröffentlicht
Stichwörter:conductive AFM high capacity lithium-sulfur batteries material-sensitive AFM sulfur cathode
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HGF - Programm:Rationelle Energieumwandlung und Nutzung (alt)
HGF - Programmthema:Brennstoffzelle (alt)
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DLR - Forschungsgebiet:E EV - Energieverfahrenstechnik
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Elektrochemische Prozesse (alt)
Standort: Stuttgart
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Elektrochemische Energietechnik
Hinterlegt von: Friedrich, Prof.Dr. Kaspar Andreas
Hinterlegt am:29 Okt 2013 10:40
Letzte Änderung:28 Mär 2023 23:41

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