一个研究团队在BESSY II的BAM线发现了关于锂硫软包电池的新发现，为我们提供了对影响这一重要电池技术效率和耐久性的因素的新理解。
来自HZB和德累斯顿弗劳恩霍夫材料与束技术研究所（IWS）的研究人员在BESSY II的BAM线对锂硫软包电池的理解取得了显著进展。通过在HZB成像设施的互补分析和附加测量，他们揭示了妨碍这种宝贵电池类型性能和寿命的过程，研究结果已在《先进能源材料》期刊上发表。
锂硫电池相比传统锂电池具有几个优势：它们利用普遍存在的材料硫，消除了对钴和镍等关键元素的需求，并能实现显著高的比能量密度。原型电池已展示出高达500 Wh/kg的能量密度，几乎是当前锂离子电池的两倍。
研究降解过程
尽管有这些优势，锂硫电池明显更容易降解。在充放电循环中，溶解的多硫化物和硫化合物会在锂电极上形成，这逐渐降低了电池的性能和寿命。“我们的研究重点是理解这些过程，以增强这种电池类型的性能，”HZB物理学家Sebastian Risse博士解释道，他领导着一个专注于电池原位分析的团队。
HZB的软包电池实验室
Risse博士正在专注于行业中常用的软包电池格式。为了支持这项研究，HZB电化学能源存储研究所（CE-IEES）在Yan Lu教授的指导下建立了一个专门用于创建锂硫电池的软包格式实验室。在这里，研究人员可以制造和研究各种多样的锂硫软包电池。作为由BMBF支持的“SkaLiS”项目的一部分，Sebastian Risse协调的团队已在《先进能源材料》期刊上发布了一项关于锂硫软包电池的详细研究。
多模态测试设置
这些电池单元使用HZB设计的设置进行了检查，该设置结合了各种技术，如阻抗谱、温度分布分析、力测量和在充放电阶段的X射线成像（来自同步辐射和实验室源）。 “这是我们首次能够观察和记录锂枝晶的生长以及硫晶体的溶解和重新形成在多层电池操作中的过程，”HZB化学家、该研究的主要作者Rafael Müller博士说。
BESSY II的相位对比放射摄影
特别是在BESSY II的BAM束线中，利用相干同步辐射光的相位对比放射摄影使研究人员能够观察到较少吸收的锂金属结构，并将其与其他测量相关联，从而形成全面的理解。在HZB成像实验室进行的X射线分析与Ingo Manke博士的成像组合作，也提供了在电池操作期间高吸收性的硫晶体形成的见解。
未来展望：高能电池系统
“我们的发现将基础研究与实用技术应用连接起来，为这一电池方法的可扩展性和高能电池系统的进步提供了宝贵的见解，”Risse评论道。团队发现了IWS德累斯顿的一种有前景的新设计：一个穿孔的、显著更轻的阴极集电器，而不妨碍电池的性能。
这项研究的结果旨在提高锂硫电池的功能和寿命，确保这种创新电池类型能够满足移动和固定能源存储解决方案的需求。
