Electrospun polyacrylonitrile/silica separator with high mechanical strength and electrolyte affinity for aqueous zinc-ion batteries

聚丙烯腈 分离器(采油) 电解质 水溶液 材料科学 离子 化学工程 电化学 无机化学 化学 高分子化学 复合材料 电极 冶金 聚合物 有机化学 物理 物理化学 工程类 热力学
作者
Fuhai Wu,Buke Wu,Yongbiao Mu,Linfeng Zou,Jiafeng He,Ming Yang,Lin Zeng
出处
期刊:Journal of Power Sources [Elsevier]
卷期号:597: 234177-234177 被引量:15
标识
DOI:10.1016/j.jpowsour.2024.234177
摘要

Aqueous zinc-ion batteries (AZIBs) have gained significant attention due to their intrinsic safety and high capacity. The separator plays a crucial role in high-performance AZIBs. However, the conventional glass fiber (GF) separator with poor mechanical strength suffers from the penetration of zinc dendrites. In this study, we fabricate a polyacrylonitrile/silica composite separator by electrospinning and rolling process. Particularly, we have analyzed the effect of silica loading on physicochemical properties of separators. An optimal content of 30 wt% is achieved, and the separator is denoted as PSO-30. The PSO-30 separator possesses a high mechanical strength of 7.10 MPa, which is 37 times that of GF (0.168 MPa), enabling effective resistance against zinc dendrites. Furthermore, the PSO-30 separator demonstrates competitive ionic conductivity (16.07 mS cm−1), facilitating zinc deposition kinetics. As a result, the symmetric cell with PSO-30 separator exhibits exceptional cycle life exceeding 1150 h at 0.5 mA cm−2. Moreover, the PSO-30 separator improves the energy density and capacity retention of Zn//V2O5 (292 mAh g−1 with a capacity retention of 83.2 %) and Zn//MnO2 (197 mAh g−1 with a capacity retention of 88.9 %) full cells, demonstrating its potential application in AZIBs. This study contributes to developing advanced separators for ultra-stable and high-performance AZIBs.
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