From Nature to Energy Storage: A Novel Sustainable 3D Cross-Linked Chitosan–PEGGE-Based Gel Polymer Electrolyte with Excellent Lithium-Ion Transport Properties for Lithium Batteries

电解质 材料科学 锂(药物) 聚合物 离子电导率 化学工程 阳极 乙二醇 碳酸乙烯酯 高分子化学 化学 复合材料 内分泌学 工程类 物理化学 医学 电极
作者
Dong Xu,Jun Jin,Chunhua Chen,Zhaoyin Wen
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:10 (44): 38526-38537 被引量:102
标识
DOI:10.1021/acsami.8b15247
摘要

Developing a gel polymer electrolyte with a cross-linked structure is one of the best choices to improve the mechanical strength of the gel polymer electrolyte without sacrificing its lithium-ion transportation properties. However, the cost is always too high. Herein, a novel gel polymer electrolyte based on three-dimensional cross-linked chitosan-poly(ethylene glycol) diglycidyl ether macromolecule network was designed and synthesized through a simple and environmental harmless method, with sustainable and cheap chitosan as major material. The obtained gel polymer electrolyte shows improved mechanical strength of 5.5 MPa, which is higher than that of other gel polymer electrolytes without inert frameworks. The optimized gel polymer electrolyte exhibits a good lithium ionic conductivity of 2.74 × 10-4 S cm-1 with a superior lithium-ion transfer number of 0.869 at 25 °C. Lithium battery assembled with this gel polymer electrolyte demonstrates an initial discharge capacity of 146.8 mA h g-1, which retains 88.49% capacity after 360 cycles at 0.2C. Moreover, this gel polymer electrolyte possesses good interfacial compatibility with lithium anode. Therefore, the growth of lithium dendrite is greatly delayed. This research proves the great possibility of applying sustainable and cost-effective chitosan into gel polymer electrolyte and lithium batteries.
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