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Highly Solvating Electrolytes for Lithium–Sulfur Batteries

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作者
Abhay Gupta,Amruth Bhargav,Arumugam Manthiram
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:9 (6) 被引量:226
标识
DOI:10.1002/aenm.201803096
摘要

Abstract There is a critical need to evaluate lithium–sulfur (Li–S) batteries with practically relevant high sulfur loadings and minimal electrolyte. Under such conditions, the concentration of soluble polysulfide intermediates in the electrolyte drastically increases, which can alter the fundamental nature of the solution‐mediated discharge and thereby the total sulfur utilization. In this work, an investigation into various high donor number (DN) electrolytes that allow for increased polysulfide dissolution is presented, and the way in which this property may in fact be necessary for increasing sulfur utilization at low electrolyte and high loading conditions is demonstrated. The solvents dimethylacetamide, dimethyl sulfoxide, and 1‐methylimidazole are holistically evaluated against dimethoxyethane as electrolyte co‐solvents in Li–S cells, and they are used to investigate chemical and electrochemical properties of polysulfide species at both dilute and practically relevant conditions. The nature of speciation exhibited by lithium polysulfides is found to vary significantly between these concentrations, particularly with regard to the S 3 •− species. Furthermore, the extent of the instability in conventional electrolyte solvents and high DN solvents with both lithium metal and polysulfides is thoroughly investigated. These studies establish a basis for future efforts into rationally designing an optimal electrolyte for a lean electrolyte, high energy density Li–S battery.
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