Graphene‐Based Sulfur Cathodes and Dual Salt‐Based Sparingly Solvating Electrolytes: A Perfect Marriage for High Performing, Safe, and Long Cycle Life Lithium‐Sulfur Prototype Batteries

电解质 材料科学 阴极 法拉第效率 石墨烯 硫黄 锂硫电池 环丁砜 锂(药物) 化学工程 纳米技术 电极 有机化学 化学 溶剂 医学 物理化学 内分泌学 工程类 冶金
作者
Julen Castillo,Asier Soria‐Fernández,Sergio Rodriguez‐Peña,Jokin Rikarte,Adrián Robles‐Fernández,Itziar Aldalur,Rosalía Cid,José A. González‐Marcos,Javier Carrasco,Michel Armand,Alexander Santiago,Daniel Carriazo
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:14 (1) 被引量:16
标识
DOI:10.1002/aenm.202302378
摘要

Abstract The growing requirements for electrified applications entail exploring alternative battery systems. Lithium‐sulfur batteries (LSBs) have emerged as a promising, cost‐effective, and sustainable solution; however, their practical commercialization is impeded by several intrinsic challenges. With the aim of surpassing these challenges, the implementation of a holistic LSB concept is proposed. To this end, the effectiveness of coupling a high‐performing 2D graphene‐based sulfur cathode with a well‐suited sparingly solvating electrolyte (SSE) is reported. The incorporation of bis(fluorosulfonyl)imide (LiFSI) salt to tune sulfolane and 1,1,2,2‐tetrafluoroethyl‐2,2,3,3‐tetrafluoropropylether based SSE enables the formation of a robust and compact lithium fluoride‐rich solid electrolyte interphase. Consequently, the lithium compatibility is improved, achieving a high Coulombic efficiency (CE) of 98.8% in the Li||Cu cells and enabling thin and dense lithium depositions. When combined with a high‐performing 2D graphene‐based sulfur cathode, a symbiotic effect is shown, leading to high discharge capacities, remarkable rate capability (2.5 mAh cm −2 at C/2), enhanced cell stability, and wide temperature applicability. Furthermore, the scalability of this strategy is successfully demonstrated by assembling high‐performing monolayer prototype cells with a total capacity of 93 mAh, notable capacity retention of 70% after 100 cycles, and a high average CE of 99%.
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