Scalable production of nitrogen-doped carbons for multilayer lithium-sulfur battery cells

Publikation: Beitrag in FachzeitschriftForschungsartikelBeigetragenBegutachtung

Beitragende

  • Christian Kensy - , Professur für Anorganische Chemie (I) (AC1), Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik (Autor:in)
  • Paul Härtel - , Professur für Anorganische Chemie (I) (AC1), Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik (Autor:in)
  • Johannes Maschita - , Max-Planck-Institut für Festkörperforschung (Autor:in)
  • Susanne Dörfler - , 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)
  • Bettina V. Lotsch - , Max-Planck-Institut für Festkörperforschung (Autor:in)
  • Stefan Kaskel - , Professur für Anorganische Chemie (I) (AC1), Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik (Autor:in)

Abstract

Lithium-sulfur (Li–S) batteries are among the targeted candidates for future generation secondary batteries with high specific energy. Herein, a scalable synthesis is presented to produce highly porous, nitrogen-doped carbons from a commercial carbon black material by melamine impregnation and subsequent thermolysis. The process up-scaling up was demonstrated at > 100 g batch level. The nitrogen doping was controlled through pyrolysis temperatures and carbon to melamine ratio. The sulfur-carbon cathodes exhibit an enhanced cycle life at a moderate electrolyte to sulfur ratio of 7 μL mgS −1. In particular, under lean conditions at low electrolyte amount of 5 μL mgS −1, the nitrogen functionalities improved active material utilization and capacity retention significantly. The nitrogen-doped scaffold was integrated into five-layered prototype cell (71 × 46 mm2) with a capacity of up to 0.87 Ah reaching a specific energy density of 238 Wh kg−1 on stack level. These results provide new insights into realistic application of nitrogen-doped carbons on pouch cell level.

Details

OriginalspracheEnglisch
Seiten (von - bis)190-197
Seitenumfang8
FachzeitschriftCarbon
Jahrgang161
PublikationsstatusVeröffentlicht - Mai 2020
Peer-Review-StatusJa

Schlagworte

Schlagwörter

  • Cathode, Lithium-sulfur battery, Nitrogen-doping, Porous carbon, Pouch cell