Glass fiber separator coated by porous carbon nanofiber derived from immiscible PAN/PMMA for high-performance lithium-sulfur batteries

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作者
LI Ya,Jiadeng Zhu,Pei Zhu,Chaoyi Yan,Hao Jia,Yasar Kiyak,Jun Zang,Ji‐Huan He,Mahmut Dirican,Xiangwu Zhang
出处
期刊:Journal of Membrane Science [Elsevier BV]
卷期号:552: 31-42 被引量:111
标识
DOI:10.1016/j.memsci.2018.01.062
摘要

Lithium-sulfur (Li-S) batteries with high energy density are promising candidates for next-generation rechargeable energy storage. However, the shuttle effect of intermediate polysulfides hinders the practical application of today's Li-S batteries. Here, immiscible polyacrylonitrile (PAN)/poly(methyl methacrylate) (PMMA) blends were used to prepare porous carbon nanofibers (PCNFs) as coating layers on a glass fiber (GF) separator to block polysulfide diffusion in Li-S batteries. The resultant PCNF coated GF ([email protected]) separators exhibited multifunctional advantages: (1) thermally stable GF separator as the substrate helped avoid destructive effects of Li dendrites grown from the lithium anode; (2) the porous conductive PCNF coating functioned as an upper current collector to increase the electrical conductivity and provided an efficient reservoir for absorbing the migrating polysulfides; and (3) the rough GF surface improved the adhesion of additives on the separator and formed efficient electronic contact with S. An enhanced Li-S battery with [email protected]:3 separator delivered an initial capacity of 1499 mA h g−1 and a high reversible capacity of 808 mA h g−1 after 200 cycles at 0.2 C. Additionally, the Li-S cell with [email protected] separator also presented outstanding anti-self-discharge capacity even after 24 h resting. Therefore, this study demonstrates that [email protected] is an excellent separator candidate for the construction of dynamically and statically stable high-performance Li-S batteries.
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