On the electrochemical properties of lithium-sulfur batteries

Autor(es)

Santos, Erick A. ; Fernandes, Rodolfo C. ; Vicentini, Rafael ; Aguiar, Joao Pedro ; Da Silva, Leonardo M. ; Zanin, Hudson

• Tipo de documento: Artigo Científico
• Fonte: JOURNAL OF ENERGY STORAGE; v. 71, p. 14-pg., 2023-11-01.

Resumo

We report in this work the electrochemical analysis of lithium-sulfur batteries (LSB) composed of sulfur and activated carbon (AC) as the positive electrode and lithium metallic as the negative electrode. Cyclic voltammetry, galvanostatic charge-discharge, and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) techniques were employed for the in-situ characterization of the coin cell battery device. Electrochemical studies were performed at different state-of-charge (SoC) in 5 %-steps, covering the 0 to 100 % range. Our major findings include a high specific capacity of 1044 mAh gsulfur- 1 , which decreased to 200 mAh g-1 after 150 cycles. At the same time, the coulombic efficiency increased during the discharge from 78 % to 99 % due to a progressive activation of the narrow pores present in AC structures. Galvanostatic EIS findings as a function of SoC helped us in predicting the SoC and state-of-health (SoH). A 1500-h self-discharge result was presented and analyzed, indicating the presence of a small leakage current of ca. 600 nA. All electrochemical findings were corroborated by a comprehensive exsitu materials characterization using Raman, scanning electron microscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, and energy-dispersive X-ray spectrometry techniques. The electrochemical (in-situ) and ex-situ characterization of electrodes and coin cell devices allowed us to provide a critical discussion regarding the overall characteristic exhibited by LSBs. (AU)

• Processo FAPESP: 18/02713-8 - Dinâmica molecular de fluidos confinados: propriedades de equilíbrio e de transporte
• Beneficiário: Luís Fernando Mercier Franco
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Jovens Pesquisadores
• Processo FAPESP: 22/02222-0 - Desenvolvimento de protótipos pouch cells de baterias de lítio-enxofre (Li-S) em estado sólido-líquido com alta estabilidade e avançada escala de maturidade tecnológica
• Beneficiário: Érick Alves Santos
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado
• Processo FAPESP: 20/04281-8 - Proposta de estudo de síntese, caracterização e aplicação de eletrodos para capacitores eletroquímicos tipo bateria de Li-S
• Beneficiário: Érick Alves Santos
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Mestrado
• Processo FAPESP: 14/02163-7 - Desenvolvimento de dispositivos supercapacitores a partir de grafenos, nanotubos de carbono e diamantes
• Beneficiário: Hudson Giovani Zanin
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Jovens Pesquisadores
• Processo FAPESP: 16/25082-8 - Desenvolvimento de protótipo armazenador e fornecedor de energia
• Beneficiário: Lenon Henrique da Costa
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Mestrado
• Processo FAPESP: 18/20756-6 - Desenvolvimento de pseudocapacitores a partir de compósitos de óxidos metálicos e carvão ativado
• Beneficiário: Willian Gonçalves Nunes
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado