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Hand-in-Hand Reinforced rGO Film Used as an Auxiliary Functional Layer for High-Performance Li–S Batteries
ACS Applied Materials & Interfaces ( IF 8.3 ) Pub Date : 2019-03-13 00:00:00 , DOI: 10.1021/acsami.9b00845 Feng Wu 1 , Shuangyi Zhao 1 , Jian Li 2 , Yun Lu 1 , Yuefeng Su 1 , Lai Chen 1 , Liying Bao 1 , Jinyu Yao 1 , Xingxing Liu 1
ACS Applied Materials & Interfaces ( IF 8.3 ) Pub Date : 2019-03-13 00:00:00 , DOI: 10.1021/acsami.9b00845 Feng Wu 1 , Shuangyi Zhao 1 , Jian Li 2 , Yun Lu 1 , Yuefeng Su 1 , Lai Chen 1 , Liying Bao 1 , Jinyu Yao 1 , Xingxing Liu 1
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For lithium–sulfur (Li–S) batteries, a promising candidate for future high-energy storage devices, several prominent problems still need to be solved urgently, such as limited rate capability and poor cycle life caused by the insulating nature of sulfur and the shuttle of soluble polysulfides produced during battery operation. In this work, a facile vacuum filtration method is employed to graft polyethyleneimine to reduced graphene oxide (rGO) in a “hand-in-hand” way using the amino and catechol groups from polydopamine. The resulting polymer-reinforced rGO (PPG) film is applied as a free-standing auxiliary functional layer for Li–S batteries. It has been confirmed by both theoretical calculations and experimental methods that, benefiting from the rich amine groups and oxygen-containing functional groups, the as-prepared PPG composite film shows great ability to capture polysulfides. Moreover, its high conductivity enables itself to function as a polysulfide reservoir, thus facilitating the successive reutilization of the trapped active materials and improving sulfur utilization. For this reason, the PPG film can also be regarded as a cathode material, serving as a novel “SPPG cathode” together with the pure sulfur cathode. The cell assembled with the pure sulfur cathode and the PPG auxiliary functional layer displays high reversible capacity, excellent Coulombic efficiency, and good cycling stability, suggesting that the rational auxiliary functional layer design ensures a good match with pure sulfur cathodes and shows the potential to achieve energy-dense Li–S batteries.
中文翻译:
手增强rGO薄膜用作高性能Li–S电池的辅助功能层
对于锂-硫(Li-S)电池,它是未来高能存储设备的有希望的候选者,仍然需要紧迫解决一些突出的问题,例如速率限制和由于硫和镍的绝缘性而导致的循环寿命很短。电池运行过程中产生的可溶性多硫化物的穿梭。在这项工作中,采用简便的真空过滤方法,使用聚多巴胺的氨基和邻苯二酚基团,以“手拉手”的方式将聚乙烯亚胺接枝为还原的氧化石墨烯(rGO)。所得的聚合物增强的rGO(PPG)膜可作为Li-S电池的独立辅助功能层使用。理论计算和实验方法均证实,得益于丰富的胺基和含氧官能团,制备的PPG复合膜显示出强大的捕获多硫化物的能力。此外,其高电导率使其自身可用作多硫化物储层,从而促进了被捕集的活性物质的连续再利用并提高了硫的利用。因此,PPG膜也可以看作是阴极材料,与纯硫阴极一起用作新型“ SPPG阴极”。由纯硫阴极和PPG辅助功能层组装而成的电池具有高可逆容量,出色的库仑效率和良好的循环稳定性,这表明合理的辅助功能层设计可确保与纯硫阴极的良好匹配,并显示出实现该目标的潜力能量密集的Li-S电池。它的高电导率使其自身可用作多硫化物储集层,从而促进了被捕集的活性物质的连续再利用并提高了硫的利用率。因此,PPG膜也可以看作是阴极材料,与纯硫阴极一起用作新型“ SPPG阴极”。由纯硫阴极和PPG辅助功能层组装而成的电池具有高可逆容量,优异的库仑效率和良好的循环稳定性,这表明合理的辅助功能层设计可确保与纯硫阴极的良好匹配,并显示出实现该目标的潜力能量密集的Li-S电池。它的高电导率使其自身可用作多硫化物储层,从而促进了被捕集的活性物质的连续再利用并提高了硫的利用率。因此,PPG膜也可以看作是阴极材料,与纯硫阴极一起用作新型“ SPPG阴极”。由纯硫阴极和PPG辅助功能层组装而成的电池具有高可逆容量,优异的库仑效率和良好的循环稳定性,这表明合理的辅助功能层设计可确保与纯硫阴极的良好匹配,并显示出实现该目标的潜力能量密集的Li-S电池。因此,PPG膜也可以视为阴极材料,与纯硫阴极一起用作新型“ SPPG阴极”。由纯硫阴极和PPG辅助功能层组装而成的电池具有高可逆容量,优异的库仑效率和良好的循环稳定性,这表明合理的辅助功能层设计可确保与纯硫阴极的良好匹配,并显示出实现该目标的潜力能量密集的Li-S电池。因此,PPG膜也可以看作是阴极材料,与纯硫阴极一起用作新型“ SPPG阴极”。由纯硫阴极和PPG辅助功能层组装而成的电池具有高可逆容量,优异的库仑效率和良好的循环稳定性,这表明合理的辅助功能层设计可确保与纯硫阴极的良好匹配,并显示出实现该目标的潜力能量密集的Li-S电池。
更新日期:2019-03-13
中文翻译:
手增强rGO薄膜用作高性能Li–S电池的辅助功能层
对于锂-硫(Li-S)电池,它是未来高能存储设备的有希望的候选者,仍然需要紧迫解决一些突出的问题,例如速率限制和由于硫和镍的绝缘性而导致的循环寿命很短。电池运行过程中产生的可溶性多硫化物的穿梭。在这项工作中,采用简便的真空过滤方法,使用聚多巴胺的氨基和邻苯二酚基团,以“手拉手”的方式将聚乙烯亚胺接枝为还原的氧化石墨烯(rGO)。所得的聚合物增强的rGO(PPG)膜可作为Li-S电池的独立辅助功能层使用。理论计算和实验方法均证实,得益于丰富的胺基和含氧官能团,制备的PPG复合膜显示出强大的捕获多硫化物的能力。此外,其高电导率使其自身可用作多硫化物储层,从而促进了被捕集的活性物质的连续再利用并提高了硫的利用。因此,PPG膜也可以看作是阴极材料,与纯硫阴极一起用作新型“ SPPG阴极”。由纯硫阴极和PPG辅助功能层组装而成的电池具有高可逆容量,出色的库仑效率和良好的循环稳定性,这表明合理的辅助功能层设计可确保与纯硫阴极的良好匹配,并显示出实现该目标的潜力能量密集的Li-S电池。它的高电导率使其自身可用作多硫化物储集层,从而促进了被捕集的活性物质的连续再利用并提高了硫的利用率。因此,PPG膜也可以看作是阴极材料,与纯硫阴极一起用作新型“ SPPG阴极”。由纯硫阴极和PPG辅助功能层组装而成的电池具有高可逆容量,优异的库仑效率和良好的循环稳定性,这表明合理的辅助功能层设计可确保与纯硫阴极的良好匹配,并显示出实现该目标的潜力能量密集的Li-S电池。它的高电导率使其自身可用作多硫化物储层,从而促进了被捕集的活性物质的连续再利用并提高了硫的利用率。因此,PPG膜也可以看作是阴极材料,与纯硫阴极一起用作新型“ SPPG阴极”。由纯硫阴极和PPG辅助功能层组装而成的电池具有高可逆容量,优异的库仑效率和良好的循环稳定性,这表明合理的辅助功能层设计可确保与纯硫阴极的良好匹配,并显示出实现该目标的潜力能量密集的Li-S电池。因此,PPG膜也可以视为阴极材料,与纯硫阴极一起用作新型“ SPPG阴极”。由纯硫阴极和PPG辅助功能层组装而成的电池具有高可逆容量,优异的库仑效率和良好的循环稳定性,这表明合理的辅助功能层设计可确保与纯硫阴极的良好匹配,并显示出实现该目标的潜力能量密集的Li-S电池。因此,PPG膜也可以看作是阴极材料,与纯硫阴极一起用作新型“ SPPG阴极”。由纯硫阴极和PPG辅助功能层组装而成的电池具有高可逆容量,优异的库仑效率和良好的循环稳定性,这表明合理的辅助功能层设计可确保与纯硫阴极的良好匹配,并显示出实现该目标的潜力能量密集的Li-S电池。