p Baterias de alta densidade de energia são essenciais para atender à demanda de futuras aplicações em eletrônicos portáteis e veículos elétricos. Devido à densidade de energia teórica de 2600 Wh / kg, a bateria de lítio-enxofre é considerada uma candidata promissora para a próxima geração, soluções de bateria de alta energia. Contudo, deficiências na rápida degradação da capacidade e baixa eficiência do ciclo não foram resolvidas, o que dificulta a aplicação prática do sistema de bateria de enxofre de lítio. Um pesquisador da Universidade Tsinghua propôs um sistema separador de camadas ternárias para baterias de lítio-enxofre com longa vida útil, alta eficiência coulômbica, e alta utilização de enxofre. p "Uma nova geração de baterias recarregáveis ​​de lítio-enxofre depende da química redox de transferência de múltiplos elétrons, "disse o Dr. Qiang Zhang da Universidade de Tsinghua ao Phys.Org." Exceto pela alta densidade de energia, As baterias de lítio-enxofre têm vantagens sobre as baterias de íon-lítio de rotina, como material catódico barato e desempenho operacional em baixa temperatura. "

p Apesar da vantagem dos sistemas de enxofre de lítio, existe um efeito de transporte inerente de intermediários de polissulfeto em uma célula de lítio-enxofre. "Tais efeitos de transporte causam a baixa eficiência Coulombic e induzem a degradação da capacidade por meio do consumo de enxofre ativo e reação química interna, "disse o Dr. Jia-Qi Huang, professor associado da Universidade Tsinghua.

p Este grupo de pesquisa tem feito grandes esforços para criar um separador seletivo de íons para células de lítio-enxofre. Com base no confinamento físico e repulsão eletrostática, os pesquisadores cobriram a superfície dos separadores de polímero de rotina com nanofolhas de óxido de grafeno (GO) ultrafinas e, em seguida, lançaram uma camada fina de Nafion sobre ela. "Na estrutura do separador de camadas ternárias, separador de polipropileno macroporoso serve como camada de matriz e fornece resistência mecânica para o separador. As folhas GO formaram uma camada com pequenos canais para o transporte de íons de lítio e serviram como uma camada de barreira compacta com grupos funcionais oxigenados para ancorar o Nafion. Desta maneira, podemos reduzir significativamente a carga de área da camada de retardo Nafion e manter a permseletividade para íons de lítio contra ânions polissulfeto. Tanto a repulsão eletrostática quanto o efeito seletivo de tamanho são eficazes com essa estratégia ", disse Ting-Zhou Zhuang, candidato a mestrado no grupo de pesquisa.

p No total, a camada de carga funcional no separador de rotina é de apenas 0,053 mg cm ^-2 . Quando o separador ternário é incorporado às baterias de lítio-enxofre, a capacidade de descarga foi melhorada de 969 para 1057 mAh g ^-1 ; a eficiência Coulombic aumentou de 80 para 95% sem o aditivo LiNO3; a taxa de decaimento diminuiu de 0,34% para 0,18% em 200 ciclos; e a autodescarga foi inibida. A utilização de enxofre atingiu 73% com uma alta quantidade de carga de enxofre de 4,0 mg cm ^-2 .

p "A modificação da membrana demonstrou ser um método eficaz para baterias de lítio-enxofre. A estrutura da membrana ternária faz o melhor uso de cada bloco de construção, e o separador composto de várias camadas é mais eficiente do que um separador de camada única. Esta estratégia abre novas oportunidades no desenvolvimento de separadores multifuncionais para baterias melhores ", disse Qiang Zhang.

p Um separador ternário de prova de conceito de PP / GO / Na fi on em camadas foi projetado racionalmente, fabricado, e aplicado em baterias Li-S com melhor utilização de enxofre, eficiência coulômbica, e longa vida útil. Este trabalho oferece um conceito de sistema ternário, em que a combinação racional de blocos de construção em estruturas hierárquicas era indispensável para demonstrar plenamente seus papéis no sistema ternário com multifunções e multiaplicações.