Permselective Graphene Oxide Membrane for Highly Stable and Anti-Self-Discharge Lithium–Sulfur Batteries

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作者
Jia‐Qi Huang,Ting‐Zhou Zhuang,Qiang Zhang,Hong‐Jie Peng,Cheng‐Meng Chen,Fei Wei
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:9 (3): 3002-3011 被引量:794
标识
DOI:10.1021/nn507178a
摘要

Lithium-sulfur batteries hold great promise for serving as next generation high energy density batteries. However, the shuttle of polysulfide induces rapid capacity degradation and poor cycling stability of lithium-sulfur cells. Herein, we proposed a unique lithium-sulfur battery configuration with an ultrathin graphene oxide (GO) membrane for high stability. The oxygen electronegative atoms modified GO into a polar plane, and the carboxyl groups acted as ion-hopping sites of positively charged species (Li(+)) and rejected the transportation of negatively charged species (Sn(2-)) due to the electrostatic interactions. Such electrostatic repulsion and physical inhibition largely decreased the transference of polysulfides across the GO membrane in the lithium-sulfur system. Consequently, the GO membrane with highly tunable functionalization properties, high mechanical strength, low electric conductivity, and facile fabrication procedure is an effective permselective separator system in lithium-sulfur batteries. By the incorporation of a permselective GO membrane, the cyclic capacity decay rate is also reduced from 0.49 to 0.23%/cycle. As the GO membrane blocks the diffusion of polysulfides through the membrane, it is also with advantages of anti-self-discharge properties.
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