Multifunctional Asymmetric Separator Constructed by Polyacrylonitrile-Derived Nanofibers for Lithium–Sulfur Batteries

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作者
Ming Gu,Jiayu Wang,Zihao Song,Chengming Li,Weikun Wang,An-Bang Wang,Yaqin Huang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (44): 51241-51251 被引量:16
标识
DOI:10.1021/acsami.3c12690
摘要

Lithium-sulfur (Li-S) batteries hold great promise as next-generation high-energy storage devices owing to the high theoretical specific capacity of sulfur, but polysulfide shuttling and lithium dendrite growth remain key challenges limiting cycling life. In this work, we propose a polyacrylonitrile-derived asymmetric (PDA) separator to enhance Li-S battery performance by accelerating sulfur redox kinetics and guiding lithium plating and stripping. A PDA separator was constructed from two layers: the cathode-facing side consists of polyacrylonitrile nanofibers carbonized at 800 °C and doped with titanium nitride, which can achieve rapid polysulfide conversion via electrocatalysis to suppress their shuttling; the anode-facing side consists of polyacrylonitrile oxidized at 280 °C, on which the abundant electronegative groups guide uniform lithium ion plating and stripping. Li-S batteries assembled with the PDA separator exhibited enhanced rate performance, cycling stability, and sulfur utilization, retaining 426 mA h g-1 capacity at 1 C over 1000 cycles and 632 mA h g-1 at 4 C over 200 cycles. Attractively, the PDA separator showed high thermal stability, which could mitigate the risk of internal short circuits and thermal runaway. This work demonstrates an original path to addressing the most critical issues with Li-S batteries.
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