Ionic potency regulation of coagulation bath induced by saline solution to control over the pore structure of PBI membrane for high-performance lithium metal batteries

微型多孔材料 电解质 溶解 聚砜 化学 分离器(采油) 溶剂 离子电导率 材料科学 化学工程 电极 生物化学 有机化学 工程类 热力学 物理 物理化学
作者
Arshad Hussain,Waseem Raza,Andleeb Mehmood,Sana Jalees,Lihong Ao,Yonggui Deng,Aymeric Ramière,Xingke Cai,Dongqing Liu
出处
期刊:Journal of Energy Chemistry [Elsevier BV]
卷期号:94: 288-298 被引量:41
标识
DOI:10.1016/j.jechem.2024.02.066
摘要

In this study, we have explored the use of water as a non-solvent for tuning the microstructure of polybenzimidazole (PBI) membranes, which are potential separators for lithium metal batteries (LMBs). The traditional method for membrane synthesis called nonsolvent-induced phase separation (NIPS), usually relies on hazardous and costly organic non-solvents. By dissolving sodium chloride (NaCl) in water, we could adjust the water ionic potency and the exchange speed of the non-solvent with the DMAC solution to change the micropore structure of the PBI membrane. With increasing NaCl concentration, the micropores in the PBI membrane transitioned from finger-like to sponge-like morphology. Compared to commercial separators like the Celgard separator, the PBI membrane with sponge-like micropores exhibited better regulation of lithium deposition and improved Li+ transportation capability due to its good wettability with the electrolyte. Consequently, the PBI membrane-based Li/Li symmetric cell and Li/LiFePO4 full cell demonstrated superior performance compared to the Celgard-based ones. This research proposes an eco-friendly and scalable synthetic approach for fabricating commercial separators for LMBs, addressing the issue of lithium dendrite growth and improving overall battery safety and performance.
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