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Enregistrement W2345707876 · doi:10.1149/ma2016-03/2/1232

Coupling Hierarchical Sulfur Composites with in-situ Cross-linked Binder to Build Stable High-areal-capacity Sulfur Cathodes

2016· article· en· W2345707876 sur OpenAlexaff
Quanquan Pang, Linda F. Nazar

Notice bibliographique

RevueECS Meeting Abstracts · 2016
Typearticle
Langueen
DomaineEngineering
ThématiqueAdvanced Battery Materials and Technologies
Établissements canadiensUniversity of Waterloo
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésSulfurCathodePolysulfideElectrolyteMaterials scienceDissolutionLithium–sulfur batteryAnodeChemical engineeringElectrodeElectrochemistryPorosityComposite materialChemistryMetallurgy

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Lithium-sulfur battery is considered one of the most promising electrochemical system for energy storage, owing to the high theoretical energy density (2600 kWh/kg) and the natural abundance of sulfur. Their practical challenges facing commercial viability lie in the insulating feature of the end-products (S and Li2S), lithium polysulfide dissolution and shuttling between electrodes and random precipitation of Li2S from the dissolved polysulfides. This leads to rapid capacity fading over long-term cycling and relatively low sulfur utilization. This becomes even more problematic for high sulfur loading cells, since the large concentration of dissolved polysulfides can not only lead to uncontrolled precipitation of Li2S that eventually clog the cathodes, but also to increased side-reactions with lithium anodes. Great efforts have been made to address these issues with a focus on the cathode materials, but mostly thin electrodes with sulfur loadings below 2 mg/cm2.[[1]] In order to fabricate high-loading Li-S cells, recently reported approaches are to construct 3D conductive framework composed of graphene or carbon nanofibers. However, one intrinsic problem is the high porosity of the 3D architecture usually requires large volume of electrolyte, leading to high electrolyte/sulfur ratio and thus low volumetric energy density. Therefore, developing high loading electrodes using traditional slurry-based process is critical for practical applications.[[2]] Here we will present a multifaceted strategy to construct stable and high sulfur loading cathodes based on the traditional slurry processing, by coupling a hierarchical sulfur composite with in-situ cross-linked polymer. We incorporated our previously reported highly nitrided material with conductive framework. A light-weight, electrically conductive and highly porous hybrid was thus obtained. The hybrid material exhibit a micrometer sized structure, which is beneficial to fabricate crack-free thick electrodes. This is due to the enhanced connection between individual particles even with lower percentage of binder compared to nanoparticles with low tap density. The XPS survey spectrum shows the presence of a high concentration of nitrogen at 19.9 at%. Our first-principles calculations show that our hybrid has a much higher polysulfide binding energy towards than functionalized polymer or doped carbons. We will further present an integrated cathode enabled by in-situ cross-linked binder and a combination of CNTs and Super P carbon additives. The inter-particle electronic connection is greatly enhanced. Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) confirms the successful cross-linking. The low-magnification SEM images clearly shows that on contrary to the large cracks in the PVDF based electrodes (formed upon evaporation of the slurry solvent), the cross-linking binder based electrode surface is flat and compact, without any cracks. It is worth noting that such an integrated structure was achieved with as low as 5 wt% of binder, which greatly increases the gravimetric energy density. We demonstrate that cathodes with sulfur loading up to 15.0 mg/cm2 have been fabricated with stable cycling performance. Insights into the evolution of the impedance will also be presented. References [1] Liang, X.; Hart, C.; Pang, Q.; Garsuch, A.; Weiss, T.; Nazar, L. F. A Highly Efficient Polysulfide Mediator for Lithium−Sulfur Batteries .Nat. Commun.2015, 6, 5682. [2] Rosenman, A.; Markevich, E.; Salitra, G.; Aurbach, D.; Garsuch, A.; Chesneau, F. Review on Li-Sulfur Battery Systems: an Integral Perspective.Adv. Energy Mater.2015, 10.1002/aenm.201500212

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni 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.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,000
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Expérimental (laboratoire) · Signal consensuel: Expérimental (laboratoire)
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,002
Score d'incertitude au seuil0,005

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0000,000
Science ouverte0,0000,000
Intégrité de la recherche0,0010,000
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0020,001

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.

Tête enseignante Opus0,016
Tête enseignante GPT0,238
Écart entre enseignants0,222 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_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 découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeExpérimental (laboratoire)
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations1
Publié2016
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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