Materials for High Energy Density and Long-Life Lithium-Sulfur Batteries
Notice bibliographique
Résumé
Lithium ion batteries have been successfull deployed in several NASA missions since 2000, including the Mars Exploration Rovers (Spirit and Opportunity), Mars Science Laboratory (MSL), Pheonix Lander, JUNO, Aquarius, Keppler Rovers and SMAP. Being compact, lightweight and durable, these batteries have contributed to significant enhancement or even enablement of these missions. However, NASA’s future missions, i.e. small planetary rovers, planter probes, small satellites, CubeSats etc., warrant more efficient battery technologies, ‘beyond Li-ion,’ with higher energy densities. The lithium-sulfur system emerges as the most promising technology because of its high theoretical specific energy (3-4x) compared to Li-ion cells. To address the needs of the future missions, NASA has initiated projects to develop high-energy and long-life lithium-sulfur cells, with a high cell specific energy of 400 Wh/kg, good cycle life of 300 cycles and an ability to operate safely over a wide temperature range of -10 to +30 °C. Despite its high theoretical energy densities and significant developmental efforts in several laboratories, Li-S technology hasn’t matured yet, mainly due to challenges related to the leaching of reduced products into the electrolyte forming a redox shuttle and also poisoning the lithium anode. Several attempts are being made in the literature to develop cathode designs, e.g., hierarchical porous carbon structures to sequester sulfur and its reduction products, and also electrolyte solutions to minimize their solubility. 1-5 In a similar manner, we have developed improved cell components for Li-S cells,6 i.e., i) new sulfur cathodes with metal sulfide blends that show high specific capacities of ≥800 mAh/g at C/3 rates with high material loadings required for achieving high specific energy and energy densities, ii) Li anode protected with suitable polymer electrolytes that display efficient Li cycling and durability in laboratory Li-S cells, and iii) Electrolytes with co-solvents electrolyte additives and iv) new proprietary electrode coatings serving as polysulfide blocking layers to inhibit the deleterious effects of sulfur redistribution and contribute to a good cycle life. In this paper, we will describe some of these material developments and their electrochemical behavior in three-electrode cells and performance in laboratory pouch. Y. Yin, S. Xin, Y. Guo and L. Wan, Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 13186 (2013). S. Evers, L. F. Nazar, Acc. Chem. Res., 46, 1135 (2013); X. Ji, K. T. Lee, L. F. Nazar, Nat. Mater. 8, 500 (2009). A. Manthiram, S.-H. Chung, C. Zu, Adv. Mater. 27, 1980 (2015). S. S. Zhang, Front. Energy Res. 1, 1 (2013). Ratnakumar Bugga, Simon Jones, Jasmina Pasalic, Dan Addison and Ramanathan Thillaiyan, 228th ECS Meeting, Phoenix, AZ, Oct. 11 (2015)
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,006 | 0,003 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».