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

  • 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, highlightingThis 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.zeige mehrzeige weniger

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Autor*innen:R. Müller, T. Boenke, S. Dörfler, T. Abendroth, P. Härtel, H. Althues, S. Kaskel, N. Kardjilov, Henning MarkötterORCiD, Michael Sintschuk, A. Hilger, I. Manke, S. Risse
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):Advanced Energy Materials
Jahr der Erstveröffentlichung:2025
Organisationseinheit der BAM:8 Zerstörungsfreie Prüfung
8 Zerstörungsfreie Prüfung / 8.5 Röntgenbildgebung
Verlag:Wiley VHC-Verlag
Aufsatznummer:2404256
Erste Seite:1
Letzte Seite:12
DDC-Klassifikation:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Angewandte Physik
Freie Schlagwörter:Current collector perforation; Impedance spectroscopy; Lthium sulfur batteries; Multilayer pouch cells; X-ray imaging
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Energie
Energie / Elektrische Energiespeicher und -umwandlung
DOI:10.1002/aenm.202404256
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei im Netzwerk der BAM verfügbar ("Closed Access")
Datum der Freischaltung:20.01.2025
Referierte Publikation:Ja
Datum der Eintragung als referierte Publikation:20.01.2025
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