A Small Electrolyte Drop Enables a Disruptive Semisolid High-Energy Sulfur Battery Cell Design via an Argyrodite-Based Sulfur Cathode in Combination with a Metallic Lithium Anode

Publikation: Beitrag in FachzeitschriftForschungsartikelBeigetragenBegutachtung

Beitragende

  • Sebastian Kirchhoff - , Professur für Anorganische Chemie (I) (AC1), Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik (Autor:in)
  • Magdalena Fiedler - , Professur für Anorganische Chemie (I) (AC1), Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik (Autor:in)
  • Arthur Dupuy - , Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik (Autor:in)
  • Paul Härtel - , Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik (Autor:in)
  • Maria Semmler - , Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik (Autor:in)
  • Felix Hippauf - , Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik (Autor:in)
  • Susanne Dörfler - , Professur für Anorganische Chemie (I) (AC1), Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik (Autor:in)
  • Benjamin Schumm - , Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik (Autor:in)
  • Thomas Abendroth - , Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik (Autor:in)
  • Holger Althues - , Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik (Autor:in)
  • Stefan Kaskel - , Professur für Anorganische Chemie (I) (AC1), Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik (Autor:in)

Abstract

Lithium–sulfur batteries with liquid electrolytes are discussed as the most promising post-lithium-ion-battery technology in literature due to their high theoretical specific energy and first prototype cells delivering >470 Wh kg−1. Although several electrolyte and material concepts are developed that partially solve the issue of the so-called shuttle mechanism, the most promising concept to genuinely confine sulfur species in the cathode is all-solid-state argyrodite–sulfur cathodes leading to almost theoretical active material utilization by maintaining reasonable sulfur loadings and electrolyte to sulfur ratios. However, this battery concept has so far not achieved reversible cycling against metallic lithium anodes as it requires high pressures for manufacturing, and ductile lithium metal creeps along the grain boundaries of the solid electrolyte particles leading to short cuts of the cells. Recent findings show that metallic lithium, however, can be stably cycled with dimethoxyethane/lithium-bis(fluorosulfonyl)imide (DME/LiFSI)-based electrolytes. Herein, for the first time, a semisolid concept is presented combining the benefits of an argyrodite-based solid-state cathode and a DME/LiFSI/hydrofluoroether-based anolyte concept – in coin cells and first pouch cells. This disruptive approach enables projected specific energies higher than 600 Wh kg−1 at cell stack level.

Details

OriginalspracheEnglisch
Aufsatznummer2402204
Seitenumfang11
FachzeitschriftAdvanced energy materials
Jahrgang(2024)
Frühes Online-Datum5 Aug. 2024
PublikationsstatusElektronische Veröffentlichung vor Drucklegung - 5 Aug. 2024
Peer-Review-StatusJa

Schlagworte

Ziele für nachhaltige Entwicklung

Schlagwörter

  • argyrodites, hydrofluorethers, lithium–sulfur batteries, pouch cells, semisolid concepts