Neue Methode für die Analyse von Lithium-Schwefel-Batterien entwickelt
Lithium-Schwefel-Batterien sind aufgrund ihrer hohen Energiedichte und potenziell geringen Kosten eine vielversprechende Ergänzung zur Lithium-Ionen-Batterie. Derzeit kämpfen sie jedoch noch mit einem Kapazitätsabfall über mehrere Lade- und Entladezyklen hinweg. Indem sich die Lithium-Polysulfid-Zwischenspezies auflösen und diffundieren, kommt es im Laufe der Zeit zu einem Verlust an aktivem Material. Dieser kann wiederum die Kapazität verringern. Um Lithium-Schwefel-Batterien weiterzuentwickeln, ist es daher unerlässlich, diese Spezies genau zu charakterisieren und dadurch ihr Aufkommen verhindern zu können. Ein Team des MEET Batterieforschungszentrums der Universität Münster hat deshalb eine Methode entwickelt, mit der Polysulfid-Anionen und molekularer Schwefel in Lithium-Polysulfid-Lösungen in organischen Lösungsmitteln spezifiziert und quantifiziert werden können.
Innovative Methodenkombination liefert präzise Ergebnisse
„Um den Herausforderungen zu begegnen, haben wir erstmals Hochleistungsflüssigkeitschromatographie und induktiv gekoppelte Plasma-Massenspektrometrie miteinander verknüpft,“, sagt Aleksei Sadykov, Doktorand am MEET Batterieforschungszentrum und der Internationalen Forschungsschule für Batterie-Chemie, Charakterisierung, Analyse, Recycling und Anwendung (BACCARA). „Mit diese Methodenkombination können wir insbesondere die verschiedenen Schwefelarten präzise quantifizieren.“ So stellte das Forschungsteam fest, dass Tetrasulfid die häufigste Spezies in allen untersuchten Lithium-Polysulfid-Lösungen ist.
Darüber hinaus identifizierten die Wissenschaftler einen eindeutigen Trend zu einem steigenden Massenanteil langkettiger Polysulfide und molekularem Schwefel in den Lösungen mit hohem Schwefelgehalt. Dieselbe Tendenz beobachteten sie auch für die kürzesten Polysulfid-Anionen. „Unsere Methode gibt wichtige Einblicke in die Verteilung der Polysulfide“, erklärt Sadykov. „Dadurch können wir den Polysulfid-Shuttle-Mechanismus erforschen und die Elektrolytzusätze für diesen Batterietyp optimieren.“
Die neu entwickelte Methode präsentierte Erstautor Aleksei Sadykov außerdem auf der diesjährigen „Nordic Conference on Plasma Spectrochemistry“ in Norwegen und wurde dafür mit einem Posterpreis ausgezeichnet.
Detaillierte Ergebnisse online verfügbar
Die gesamte Studie die Forschenden Aleksei Sadykov, Dr. Yannick P. Stenzel, Dr. Simon Wiemers-Meyer and Dr. Sascha Nowak, MEET Batterieforschungszentrum sowie Prof. Dr. Martin Winter, MEET Batterieforschungszentrum und Helmholtz-Institut Münster des Forschungszentrums Jülich, im Fachmagazin „Journal of Analytical Atomic Spectrometry” veröffentlicht.