Simultaneously suppressing the dendritic lithium growth and polysulfides migration by a polyethyleneimine grafted bacterial cellulose membrane in lithium-sulfur batteries

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作者
Zhihang Fang,Long Tu,Zhijia Zhang,Jiankun Wei,Yinyu Xiang,Wei Guo,Junsheng Li
出处
期刊:Applied Surface Science [Elsevier BV]
卷期号:597: 153683-153683 被引量:24
标识
DOI:10.1016/j.apsusc.2022.153683
摘要

Owing to the ultrahigh theoretical energy density and low-cost, lithium-sulfur (Li-S) batteries hold broad prospects as one of the promising substitutes for commercial lithium-ion batteries. The polysulfides shuttling originated from sulfur cathode and the lithium dendrite growth from lithium anode are the main challenges that hinder the commercial survival of Li-S batteries. Herein, thermal stable bacterial cellulose (BC) separator is successfully fixed with polyethyleneimine (PEI) by a scalable chemical grafting. The hydroxyl groups and amino groups in PEI grafted BC ([email protected]) separator can participate in the formation of Li2O and Li3N, respectively, contributing to robust solid electrolyte interface with high ionic conductivity. Therefore, the lithium deposition is well regulated, resulting in a spherical and dendrite-free Li deposit pattern. The Li/Li symmetrical cell assembled with [email protected] separator exhibits excellent cyclic stability, which can continuously plate/stripe for more than 820 h with an overpotential of ∼ 40 mV at 2 mA cm−2. Meanwhile, the polar amino group can restrain the polysulfides migration via chemosorption. As a consequence of these merits, ultrahigh initial capacity (1402 mAh g−1 at 0.1C) and excellent rate performance (440.5 mAh g−1 at 2C) for Li-S full cell are achieved, presenting new insights into the fabrication of multifunctional separators for Li-S batteries.
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