Enhanced Lithium-Ion Transport and Sulfur Conversion Kinetics in Li–S Batteries via High-Dielectric Composite Separators

复合数 动力学 离子 锂(药物) 材料科学 电介质 硫黄 化学工程 化学 复合材料 光电子学 有机化学 物理 冶金 医学 工程类 内分泌学 量子力学
作者
Jia Zhang,Hao Yang,Xiao‐Qing Zhu,Tao Zhang,Xingjuan Shu,Chang Liu,Changyong Cao,Guiyin Xu,Meifang Zhu
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:25 (25): 9935-9943 被引量:3
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.5c01137
摘要

The development of lithium-sulfur (Li-S) batteries is hindered by lithium dendrite growth and slow sulfur redox kinetics. Here, we report a composite separator (CAFS) composed of nanocellulose fibers (NCF) and high-dielectric aluminum oxide (Al2O3) nanoparticles. The Al2O3 component produces a directional electric field under external bias, anchoring bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (TFSI-) anions and promoting lithium salt dissociation, which enhances lithium-ion (Li+) transport and stabilizes the anode. Additionally, the electric field actively interacts with lithium polysulfides (LiPSs), improving sulfur conversion kinetics and guiding uniform, three-dimensional Li2S deposition. The CAFS separator exhibits a high Li+ transference number (0.776), enables ultrastable Li plating/stripping over 1000 h at 1 mA cm-2, and ensures superior cycling performance with a capacity decay rate of only 0.002% per cycle over 500 cycles at 1 C. This work offers a scalable, low-cost, and eco-friendly strategy to accelerate the commercial viability of next-generation Li-S batteries.
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