Eco-friendly and strong lignin-containing microfibrillated cellulose films for high-performance separators of aqueous zinc batteries

纤维素 木质素 水溶液 环境友好型 化学 化学工程 材料科学 有机化学 工程类 生态学 生物
作者
Huisi Li,Sadegh Askari,Artem Kulachenko,Monica Ek,Olena Sevastyanova
出处
期刊:International Journal of Biological Macromolecules [Elsevier BV]
卷期号:290: 138711-138711 被引量:13
标识
DOI:10.1016/j.ijbiomac.2024.138711
摘要

Aqueous zinc-ion batteries have gained significant interest, offering several distinct advantages over conventional lithium-ion batteries owing to their compelling low cost, enhanced battery safety, and excellent environmental friendliness. Nevertheless, the unfortunate growth of zinc dendrites during cycling leads to poor electrochemical performance of zinc batteries, primarily attributed to the diminished wet mechanical properties and limited electrolyte uptake of existing commercial separators. Herein, a bio-based separator was developed from sustainable resources using natural polymers derived from wood pulp to replace fossil-based polyolefin separators. The inherent hydrophilicity and swelling ability of cellulose fibers provide separators with superior electrolyte wettability and uptake. Notably, the structural reinforcement provided by lignin, especially after hot pressing, enhances the separator's wet mechanical integrity and performance during battery cycling. These improvements contribute to the separator's more stable electrochemical performance and improved ion transport properties. Separators composed of lignin-rich microfibrillated cellulose fibers showed superior dimensional stability under heat compared to Celgard, ensuring higher thermal safety and enhanced performance of aqueous zinc-ion batteries. Our results reveal the great potential of lignin-rich cellulose-based separators for future zinc-ion batteries.
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