Optimization of the Form Factors of Advanced Li‐S Pouch Cells

法拉第效率 阳极 材料科学 阴极 多硫化物 电解质 化学工程 储能 小袋 电极 纳米技术 化学 物理 工程类 解剖 物理化学 功率(物理) 医学 量子力学
作者
Sayan Das,M. K. Bhuyan,Krish Naresh Gupta,Omena Okpowe,Austin Choi,Jeremiah Sweeny,David Olawale,Vilas G. Pol
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:20 (31): e2311850-e2311850 被引量:14
标识
DOI:10.1002/smll.202311850
摘要

Abstract Lithium‐sulfur (Li‐S) batteries hold immense promise as next‐generation energy storage due to their high theoretical energy density (2600 Wh kg⁻¹), low cost, and non‐toxic nature. However, practical implementation faces challenges, primarily from Li polysulfide (LiPS) shuttling within the cathode and Li dendrite growth at the anode. Optimized electrodes/electrolytes design effectively confines LiPS to the cathode, boosting cycling performance in coin cells to up to hundreds of cycles. Scaling up to larger pouch cells presents new obstacles, requiring further research for long‐term stability. A 1.45 Ah pouch cell, with optimized sulfur loading and electrolyte/sulfur ratio is developed, which delivers an energy density of 151 Wh kg −1 with 70% capacity retention up to 100 cycles. Targeting higher energy density (180 Wh kg −1 ), the developed 1Ah pouch cell exhibits 68% capacity retention after 50 cycles. Morphological analysis reveals that pouch cell failure is primarily from Li metal powdering and resulting polarization, rather than LiPS shuttling. This occurs for continuous Li ion stripping/plating during cycling, leading to dendrite growth and formation of non‐reactive Li powder, especially under high currents. These issues increase ion diffusion resistance and reduce coulombic efficiency over time. Therefore, the study highlights the importance of a protected Li metal anode for achieving high‐energy‐dense batteries.
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