Multimodal Operando Analysis of Lithium Sulfur Multilayer Pouch Cells: An In-Depth Investigation on Cell Component Design and Performance

Publikation: Beitrag in FachzeitschriftForschungsartikelBeigetragenBegutachtung

Beitragende

  • Rafael Müller - , Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie (HZB) (Autor:in)
  • Tom Boenke - , Professur für Anorganische Chemie (I) (AC1), Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik (Autor:in)
  • Susanne Dörfler - , Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik (Autor:in)
  • Thomas Abendroth - , Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik (Autor:in)
  • Paul Härtel - , 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)
  • Nikolay Kardjilov - , Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie (HZB) (Autor:in)
  • Henning Markötter - , Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) (Autor:in)
  • Michael Sintschuk - , Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) (Autor:in)
  • André Hilger - , Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie (HZB) (Autor:in)
  • Ingo Manke - , Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie (HZB) (Autor:in)
  • Sebastian Risse - , Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie (HZB) (Autor:in)

Abstract

This study presents an innovative operando analysis of lithium-sulfur (Li/S) multilayer pouch cells, employing a combination of lab-source and synchrotron x-ray imaging to investigate sulfur crystallite dissolution and lithium dendrite formation. By integrating advanced X-ray imaging, impedance spectroscopy, and simultaneous monitoring of temperature and pressure, the research uncovers critical insights into the behavior of active and inactive cell components. The analysis reveals significant degradation increments, primarily driven by side product accumulation and the deterioration of lithium microstructures, which contribute to performance loss over cycling. Additionally, temperature distribution analysis shows a strong correlation between joule heating, polarization resistance, and the observed endothermic processes during crystallization. These findings provide a comprehensive understanding of the mechanistic processes within industrially relevant pouch cells, highlighting opportunities for optimizing Li/S cell designs and advancing high-energy-density battery systems for commercial applications.

Details

OriginalspracheEnglisch
Aufsatznummer2404256
FachzeitschriftAdvanced energy materials
Jahrgang15
Ausgabenummer17
Frühes Online-Datum7 Jan. 2025
PublikationsstatusVeröffentlicht - 6 Mai 2025
Peer-Review-StatusJa

Schlagworte

Ziele für nachhaltige Entwicklung

Schlagwörter

  • current collector perforation, impedance spectroscopy, lithium sulfur batteries, multilayer pouch cells, multimodal operando analyses, x-ray imaging