Untersuchung der Zyklenstabilität von Schwefel-Kathoden in Lithium-Schwefel-Hochenergie-Batterien

Kurzfassung

Lithium-Schwefel-Batterien verfügen über eine hohe theoretische Kapazität von 1672 mAh/g. Schwefel ist preisgünstig, ungiftig, umweltverträglich und in großen Mengen verfügbar. Jedoch ist die realisierte Zyklenstabilität von Lithium-Schwefel-Batterien bislang gering. Die Zyklenstabilität ist durch die Löslichkeit, der beim Entladen entstehenden Polysulfide und der damit verbundenen geringen Ausnutzung des Aktivmaterials stark eingeschränkt. In dieser Arbeit wurden Schwefel-Kathoden hergestellt und in Lithium-Schwefel-Zellen getestet. Des Weiteren wurden bifunktionelle mikroporöse Kohlenstoff-Zwischenschichten hergestellt und zwischen Kathode und Separator der Lithium-Schwefel-Zellen implementiert. Die Zwischenschichten bestanden aus 60 w- % Kohlenstoff und 40 w- % PTFE. Die Lithium-Schwefel-Zellen wurden anhand ihrer Entladekapazität über 50 Zyklen verglichen. Zusätzlich wurde die Struktur, sowohl der Kathoden als auch der mikroporösen Zwischenschichten mittels Rasterelektronenmikroskopie charakterisiert. Die Zwischenschichten wurden darüber hinaus noch mittels Gasadsorption untersucht. Mit den in dieser Arbeit hergestellten und implementierten Zwischenschichten konnte eine signifikante Verbesserung der Entladekapazitäten von Lithium-Schwefel-Zellen um bis zu 65 % erreicht werden.