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  4. Multimodal Operando Analysis of Lithium Sulfur Multilayer Pouch Cells: An In‐Depth Investigation on Cell Component Design and Performance
 
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2025
Journal Article
Title

Multimodal Operando Analysis of Lithium Sulfur Multilayer Pouch Cells: An In‐Depth Investigation on Cell Component Design and Performance

Abstract
This study presents an innovative operando analysis of lithium‐sulfur (Li/S) multilayer pouch cells, employing a combination of lab‐source and synchrotron x‐ray imaging to investigate sulfur crystallite dissolution and lithium dendrite formation. By integrating advanced X‐ray imaging, impedance spectroscopy, and simultaneous monitoring of temperature and pressure, the research uncovers critical insights into the behavior of active and inactive cell components. The analysis reveals significant degradation increments, primarily driven by side product accumulation and the deterioration of lithium microstructures, which contribute to performance loss over cycling. Additionally, temperature distribution analysis shows a strong correlation between joule heating, polarization resistance, and the observed endothermic processes during crystallization. These findings provide a comprehensive understanding of the mechanistic processes within industrially relevant pouch cells, highlighting opportunities for optimizing Li/S cell designs and advancing high‐energy‐density battery systems for commercial applications.
Author(s)
Müller, Rafael  
Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie
Boenke, Tom  
Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS  
Dƶrfler, Susanne  
Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS  
Abendroth, Thomas  
Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS  
HƤrtel, Paul  
Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS  
Althues, Holger  
Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS  
Kaskel, Stefan  
Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS  
Kardjilov, Nikolay  
Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH, Technische Universität München
Markƶtter, Henning  
Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung -BAM-, Berlin  
Sintschuk, Michael
Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung -BAM-, Berlin  
Hilger, AndrĆ©  
Helmholtz-Zentrum Berlin
Manke, Ingo  
Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie (HZB)
Risse, Sebastian  
Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie
Journal
Advanced energy materials  
Project(s)
Ein (sich) abhebendes Elektroden- und Zellkonzept für High-Power-Li-S-Batterien  
Operando-Analyse von Lithium/Schwefel-Pouchzellen
Funder
Bundesministerium für Bildung und Forschung -BMBF-  
Bundesministerium für Bildung und Forschung -BMBF-  
DOI
10.1002/aenm.202404256
Language
English
Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS  
Keyword(s)
  • current collector perforation

  • impedance spectroscopy

  • lithium sulfur batteries

  • multilayer pouch cells

  • multimodal operando analyses

  • x-ray imaging

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