Biopolymer separators from polydopamine-functionalized bacterial cellulose for lithium-sulfur batteries

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作者
Rishav Kumar Baranwal,Xueyan Lin,Wenyue Li,Xuan Pan,Shu Wang,Zhaoyang Fan
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:656: 556-565 被引量:19
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2023.11.138
摘要

The advancement of the lithium-sulfur (Li-S) batteries is immensely impeded by two main challenges: polysulfide shuttling between the electrodes and Li dendrite formation associated with the Li-metal anode. To tackle these challenges, we synthesized a polydopamine coated bacterial cellulose (PDA@BC) separator in a way to create physical and chemical traps for the shuttling polysulfides and to control the Li+ flux. While nanocellulose offers its dense network as a physical trap, the presence of polydopamine in the separator offers polar functional groups which not only has a high binding energy towards the polysulfides but also helps in redistribution of the Li+ ions across it. The electrochemical and physiochemical results suggest that the synthesized separator can have practical applicability owing to its superior performance compared to a commercial separator. The Li-S batteries assembled with this separator showed a specific discharge capacity of 1449 mAh/g at 0.1C and 877 mAh/g at 1C, and a capacity fade of 0.03 % per cycle over 650 cycles at 1C. Using a PDA@BC separator, a practical Li-S battery cell with S loading of 7.5 mg cm−2 (and E/S ratio of 10 µLmg−1, 82 % S ratio) was also tested at 1C, which delivered a capacity of ∼ 6 mAh cm−2 for 500 cycles.
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