Identifying Key Parameters for Mixed Organic Electrolytes for Lithium–Sulfur Battery

电解质 溶剂化 二聚体 电介质 化学 电池(电) 材料科学 化学工程 无机化学 电极 离子 物理化学 热力学 有机化学 溶剂 功率(物理) 物理 光电子学 工程类
作者
Mihir Parekh,Nawraj Sapkota,Brooke Henry,Matthew Everette,Ling Fan,Bingan Lu,Ming Hu,Christopher Sutton,Apparao M. Rao
出处
期刊:ACS applied energy materials [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acsaem.4c02435
摘要

Engineered electrolytes are critical for high-performance lithium–sulfur batteries (LSBs). Present electrolyte selection for simultaneously forming a stable bilateral solid–electrolyte interface (SEI) on both electrodes is largely heuristic. Although the dielectric constant, viscosity, dipole moment, donor number, and orbital energy levels have all been used for electrolyte screening, their effectiveness has not been systematically studied. Here, the effectiveness of these parameters was investigated using a key metric of battery performance. Based on 51 mixed electrolytes investigated in this study, the enhanced stability of LSBs is attributed to the mixed electrolytes' high dielectric constant (ε > 35), which ensures the separation of the LiTFSI salt ions and potentially reduces dendrite growth. However, 3 other high dielectric (ε > 35) mixed electrolytes based on diglyme exhibited a % drop of > ± 1.4%, which is ∼2 times larger than the % drop exhibited by batteries with high dielectric (ε > 35) compositions devoid of diglyme. Classical molecular dynamics indicated the presence of large diglyme molecules in the solvation shell, causing a ∼30% reduction in diffusivity and adversely affecting battery performance. This study indicates that a high dielectric constant (ε > 35) along with the absence of large molecules in the solvation shell are good criteria for LSB mixed electrolyte selection.
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