Meningkatkan Siklus Anoda Logam Lithium melalui Pembuatan Kanal Ion Antarlamelar Atom untuk Baterai Lithium Sulfur
Abstrak
Migrasi seragam ion litium (Li) antara separator dan anoda litium sangat penting untuk mencapai deposisi Li berkualitas baik, yang sangat penting untuk pengoperasian baterai logam litium, terutama untuk baterai Li-sulfur (Li-S). Pemisah komersial seperti polipropilen atau polietilen dapat dibuat dengan proses basah atau kering, tetapi mereka memang dapat menyebabkan banyak porositas, yang mengakibatkan pengupasan/pelapisan ion Li yang tidak merata dan akhirnya pembentukan dendrit Li. Oleh karena itu, kami membangun saluran ion interlamelar atom dengan memperkenalkan montmorillonit berlapis pada permukaan pemisah untuk memandu fluks ion Li dan mencapai deposisi Li yang stabil. Kanal ion interlamelar atom dengan jarak 1,4 nm menunjukkan kapasitas penyerapan yang kuat untuk elektrolit dan kapasitas cadangan untuk ion Li, sehingga mendorong transfer ion Li yang cepat dan menghasilkan deposisi ion Li yang merata di anoda. Ketika dirakit dengan pemisah yang diusulkan, efisiensi Coulomb dari baterai Li||Cu adalah 98,2% setelah 200 siklus dan pelapisan/pengupasan yang stabil bahkan setelah 800 jam dicapai untuk baterai simetris Li||Li. Yang penting, pemisah yang diusulkan memungkinkan peningkatan kapasitas spesifik 140% setelah 190 siklus karena menggunakan baterai Li–S.
Pengantar
Dengan permintaan yang terus meningkat untuk aplikasi elektronik berkinerja tinggi seperti kendaraan listrik dan sistem portabel, penelitian yang berfokus pada perangkat penyimpanan energi dengan kepadatan energi yang tinggi dan masa pakai yang lama telah mendapat perhatian yang luas [1,2,3]. Secara khusus, baterai lithium-metal (LMB) seperti baterai lithium sulfur (Li-S) mampu memberikan kinerja penyimpanan energi yang sangat baik karena kepadatan energi yang tinggi, prospektif untuk aplikasi praktis [4,5,6]. Khususnya, logam Li telah digunakan sebagai bahan anoda yang menjanjikan, karena memiliki kapasitas penyimpanan teoretis yang tinggi (~ 3860 mAh g
−1
), potensial standar rendah (− 3,04 V vs elektroda hidrogen standar) dan densitas ringan (0,53 g cm
−3
). Namun demikian, keberadaan pori-pori yang tidak beraturan pada separator komersial dapat menyebabkan kualitas litium yang diendapkan menjadi buruk, yang dapat mengakibatkan pembentukan dendritik dan mengkonsumsi lebih banyak logam litium dan elektrolit selama proses pelapisan/pengupasan berulang [7, 8].
Akibatnya, dendrit Li dapat membentuk logam Li yang “mati” ketika mudah dilepaskan dari kolektor konduktif, menghasilkan efisiensi Coulomb (CE) yang rendah dan kehilangan kapasitas yang ireversibel [9, 10]. Selain itu, Li dendrit dapat menembus pemisah dan dengan demikian menyebabkan korsleting LMB, yang selanjutnya menyebabkan pelarian termal, kebakaran, dan bahkan kemungkinan ledakan baterai isi ulang [11, 12]. Karena kendala tersebut, penggunaan LMB pada baterai isi ulang memang dibatasi dalam 20 tahun terakhir. Oleh karena itu, mencegah pembentukan dendrit lithium dapat menjadi pendekatan yang efektif untuk sepenuhnya memanfaatkan fitur LMB yang menjanjikan [13]. Baru-baru ini, para peneliti telah mengusulkan berbagai metode untuk mengatasi masalah di atas, termasuk mengoptimalkan komposisi elektrolit [5, 14], membangun lapisan interfase elektrolit padat buatan (SEI) pada anoda logam Li [15], mengembangkan komposit tiga dimensi anoda Li [ 16], dan memodifikasi kolektor [17, 18]. Meskipun strategi tersebut dirancang untuk menstabilkan lapisan SEI dan/atau mengurangi kerapatan arus efektif dari logam litium, strategi tersebut terutama difokuskan pada logam litium dan elektrolit. Sampai saat ini, hanya beberapa pekerjaan yang telah dilakukan untuk mengatasi atau mengurangi tantangan dendrit dengan memodifikasi separator [19]. Jelas, mengatur separator dapat menjadi metode baru dan layak untuk menghambat pembentukan dendrit lithium.
Di antara komponen LMB, pemisah tidak hanya memainkan peran kunci untuk menyegmentasikan elektroda anoda dan katoda untuk menghindari korsleting, tetapi juga secara langsung mempengaruhi kinerja baterai melalui otorisasi migrasi ion Li [9, 20, 21]. Oleh karena itu, telah dilaporkan bahwa modifikasi sederhana dari separator menggunakan interlayer elektrolit polimer semi-padat [22], graphene [23] atau pelapisan permukaan modulus tinggi [24] dapat secara efektif mencegah pembentukan dendrit dan dengan demikian meningkatkan kinerja LMB. Di antara pendekatan yang dilaporkan sebelumnya, bagaimanapun, lapisan penghalang tebal (> 10 µm) dan memiliki beban massa yang tinggi (beberapa miligram), yang pasti dapat menghambat difusi cepat ion Li dan mengurangi kepadatan energi LIB. Selain itu, sebagian besar LMB yang menggunakan pemisah fungsional tersebut hanya dapat berputar dengan rapat arus rendah, misalnya, lebih kecil dari 2 mA cm
−2
. Untuk meningkatkan densitas arus kritis LMB, penambahan partikel anorganik di dalam separator untuk memperbaiki struktur berpori dan meningkatkan densitas arus kritis dapat menjadi metode lain yang efektif. Namun, distribusi pori yang tidak merata di separator umumnya dapat menyebabkan difusi ion Li yang tidak teratur selama proses pelapisan/strip, yang menyebabkan deposisi ion Li yang tidak merata dan pembentukan dendrit Li [7]. Oleh karena itu, struktur mikro pemisah dengan saluran transfer lithium yang seragam sangat bermanfaat untuk menghilangkan masalah dendrit yang ditemui selama proses pengisian/pengosongan.
Dalam karya ini, bertujuan untuk memandu migrasi ion Li secara merata melalui pemisah, separator komposit modifikasi montmorillonite (Li-MMT) berbasis Li dibuat melalui pembuatan saluran ion interlamelar atom pada pemisah PP. Pemisah yang telah disiapkan tertanam dengan jarak interlamelar (~ 1,4 nm) menyediakan situs aktif yang melimpah untuk difusi ion Li dan pembasahan elektrolit [25]. Dengan demikian, separator yang dimodifikasi memungkinkan untuk mencapai deposisi ion Li yang seragam pada anoda Li dengan menyatukan arah aliran Li, yang dapat secara efektif menghilangkan masalah dendrit Li dalam proses pengisian/pengosongan. Hasilnya, pemisah Li-MMT memungkinkan baterai Li||Cu menghasilkan 98,2% CE bahkan setelah 200 siklus dan memastikan baterai simetris Li||Li untuk mewujudkan pelapisan/pengupasan yang stabil selama 800 jam pada 1 mA cm
2
dengan kapasitas 1 mAh cm
−2
. Selain itu, baterai dengan pemisah Li-MMT@PP juga menghasilkan stabilitas siklus yang baik dengan peningkatan kapasitas spesifik 140% dibandingkan dengan pemisah PP setelah 190 siklus pada 0,5 mA cm
−2
dengan kandungan sulfur 1,5 mg cm
−2
.
Metode Eksperimental
Bahan dan Persiapan
Montmorillonit (MMT), polivinilidena fluorida (PVDF), dan litium hidroksida (LiOH) dibeli dari Aladdin. N-metil pirolidon (NMP) dan asam sulfat (H2 JADI3 ) diperoleh dari Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd. Serbuk belerang (S) dan asetilena hitam (dilambangkan sebagai serbuk C) dibeli dari Alfa Aesar. Celgard 2500 digunakan sebagai pemisah. Bubuk Li-MMT dibuat melalui pertukaran kation. Biasanya, 0,2 JJ2 JADI3 larutan digunakan untuk menutupi kation di dalam interlayer MMT menjadi ion dan kemudian larutan LiOH digunakan untuk membuat larutan pada PH = 7 serta menutupi ion hidrogen ke ion Li. Teknologi pengeringan beku digunakan untuk mengumpulkan bubuk Li-MMT. Untuk preparasi separator Li-MMT@PP, hanya satu sisi separator yang dilapisi slurry Li-MMT sehingga bubuk Li-MMT dan PVDF dengan perbandingan massa 9:1 terdispersi merata dalam larutan NMP dan rata-rata pembebanan massa Li-MMT hanya ~ 0,15 mg cm
−2
.
Karakterisasi
Spektrum difraksi sinar-X (XRD) menggunakan difraktometer UltimaIV dengan radiasi CuKα1 (λ = 1.4506 Å) digunakan untuk menyelidiki struktur kristal serbuk Li-MMT. Mikroskop elektron transmisi resolusi tinggi (HRTEM) digunakan untuk mengamati interlayer Li-MMT dan mikroskop elektron pemindaian (SEM, FEI NANOSEI 450) digunakan untuk menganalisis morfologi permukaan.
Pengukuran Elektrokimia
Untuk uji baterai Li||Cu dan Li||Li, biasanya, foil Cu pertama-tama dicuci dengan air deionisasi dan etanol tiga kali untuk menghilangkan kemungkinan pengotor. Kemudian, lithium foil dipotong menjadi lingkaran dengan luas 1 cm
−2
untuk digunakan sebagai sumber Li. Elektrolitnya adalah 1 M bistrifluoromethanesulfonimide lithium salt (LiTFSI) dalam campuran 1,3-dioxacyclopentane (DOL) dan 1,2-dimethoxyethane (DME) (1:1 v/v) dengan 2 wt% lithium nitrat (LiNO3 ) sebagai aditif. Untuk pengujian baterai Li–S, katoda S disiapkan melalui metode kami sebelumnya yaitu bubuk C dan S dicampur dan dipanaskan pada 155 ℃ selama 24 jam dengan rasio massa 8:2 [26]. Kemudian serbuk komposit C/S, C dan PVDF dengan perbandingan massa 8:1:1 didispersikan secara merata dalam larutan NMP untuk membuat elektroda belerang. Pemuatan belerang rata-rata adalah 1,5 mg cm
−2
yang dilapisi pada aluminium foil berlapis karbon. Baterai dirakit melalui baterai koin stainless steel (CR2025) dalam kotak sarung tangan berisi argon. Li foil digunakan sebagai anoda. Elektrolit 20 uL digunakan untuk membasahi anoda litium dan tambahan 20 L digunakan untuk membasahi separator dan katoda. Sebelum pengujian, baterai Li–S yang dirakit diistirahatkan 12 jam, kemudian 0,2 mA cm
−2
dengan 5 siklus digunakan untuk mengaktifkan kinerja baterai. Sistem uji elektrokimia adalah sistem uji baterai CT2001A (LAND Electronic Co., China). Tegangan pemutusan adalah 1,7–2,7 V. Spektroskopi impedansi elektrokimia (EIS) diuji oleh stasiun kerja Elektrokimia (CHI660E, Chenhua Instruments Co., China).
Hasil dan Diskusi
Untuk mengilustrasikan fluks ion litium melintasi pemisah PP komersial, skema ditunjukkan pada Gambar 1a, b, di mana lapisan Li-MMT ~ 5 µm dilapisi secara seragam pada pemisah PP untuk memandu fluks ion Li. Telah diketahui dengan baik bahwa pemisah PP komersial biasanya dibuat dengan proses kering atau basah, dan kemudian pemisah diregangkan untuk menghasilkan rongga yang banyak untuk memungkinkan ion Li lewat. Namun, pemisah PP komersial menunjukkan jalur higgledy-piggledy dan pori-pori yang ditumpuk secara acak (Gbr. 1a), sehingga dapat gagal mewujudkan migrasi ion Li yang seragam dan akhirnya menyebabkan dendrit Li. Oleh karena itu, saluran ion atom Li-MMT digunakan sebagai modulator untuk memandu aliran ion Li yang merata (Gbr. 1b) dan mencapai deposisi Li yang seragam. Struktur kristal MMT biasanya terdiri dari lapisan bermuatan negatif (NCL) yang dipisahkan oleh ruang antarlapisan (> 1 nm), yang menampung ion kation yang dapat ditukar, seperti Li
+
, Na
+
, Mg
2+
, Ca
2+
, dll. Oleh karena itu, metode pertukaran kation diperlukan untuk mengubah kation inang menjadi ion Li [25]. Struktur dasar NCLs adalah tipikal lapisan T-O-T, di mana "T" adalah singkatan dari lembaran tetrahedral dan "O" adalah untuk lembaran oktahedral [25]. Dengan struktur interlayer unik Li-MMT, elektrolit dapat secara efektif menembus ke dalam lapisan Li-MMT, menghasilkan transportasi ion Li yang tidak terhalang, sehingga mencapai difusi ion yang efisien [7, 25]. Morfologi Li-MMT ditunjukkan pada Gambar. 1c, d yang dengan jelas menunjukkan struktur nanosheet 3D yang khas dengan arsitektur yang ditumpuk secara dekat dan sewenang-wenang. Menurut gambar HRTEM, struktur berlapis Li-MMT dapat diamati dan menunjukkan ruang antarlapisan ~ 1,39 nm.
Persiapan dan karakterisasi serbuk Li-MMT dan pemisah Li-MMT@PP. a , b Skema konsep desain dengan pemisah yang berbeda. c Gambar SEM dari Li-MMT. d Gambar HRTEM dari Li-MMT. e spektrum XRD. f Gambar SEM pemisah PP, gambar optik yang disisipkan adalah pemisah PP. g Gambar SEM pemisah Li-MMT@PP dan h profil silang yang sesuai, gambar optik yang disisipkan di g adalah pemisah Li-MMT@PP. Bilah bekas luka:c 1,5 µm, d 5 nm, f 2,5 µm, g 25 µm, j 5 µm
Pengukuran yang tepat dari ruang interlayer Li-MMT ditunjukkan pada Gambar. 1e. MMT mentah dengan kation tak tentu di interlayernya menyajikan puncak sekitar 6,04°. Setelah pertukaran ion, puncak yang terletak pada 6,92° dapat mengkonfirmasi perubahan kation tak tentu menjadi ion Li. Karena kation dalam MMT mentah sangat bervariasi dalam ukuran dan distribusi sedangkan ion Li berukuran lebih kecil dari kation lain [25], menyebabkan jarak antar lapisan berkurang secara bertahap. Menurut hukum Bragg, jarak antarlapisan Li-MMT dapat diperkirakan ~ 1,4 nm, yang dapat menyediakan saluran lebar untuk transpor ion Li dan pembasahan elektrolit. Morfologi porous dari PP separator disajikan pada Gambar 1f. Setelah melapisi lapisan Li-MMT, dapat ditemukan porositas pemisah Li-MMT@PP menurun secara signifikan (Gbr. 1g), bermanfaat untuk pergerakan ion reguler. Dalam pekerjaan ini, bubur Li-MMT dilapisi menggunakan mesin pelapis, yang menunjukkan potensi produksi skala besar. Ketebalan lapisan hanya 5 µm (Gbr. 1h) dengan peningkatan massa yang dapat diabaikan.
Diuntungkan dari saluran ion interlamellar atom yang disebutkan di atas, pemisah Li-MMT@PP efektif untuk mengatur deposisi Li dan menekan pertumbuhan dendrit Li pada skala atom melalui memandu fluks ion Li. Pengukuran Brunner–Emme–Teller (BET) menunjukkan distribusi ukuran pori bubuk Li-MMT dalam cakupan 1-3 nm (File tambahan 1:Gbr. S1). Seperti ditunjukkan pada Gambar. 2a, baterai Li||Cu digunakan untuk mempelajari CE. Ditemukan bahwa pemisah Li-MMT@PP dapat menghasilkan baterai Li||Cu dengan CE tinggi dan stabilitas yang sangat baik bahkan lebih dari 200 siklus pada kerapatan arus 1 mA cm
−2
dengan kapasitas 1 mAh cm
−2
. Selama pengujian, dapat diamati bahwa semua CE menunjukkan tren kenaikan pada 5 siklus pertama, yang disebabkan oleh pasifnya permukaan pengendapan Li. Namun, CE rata-rata yang lebih tinggi dalam 5 siklus pertama pemisah Li-MMT@PP menyoroti keuntungan bahwa logam Li yang diendapkan mengalami reaksi samping yang lebih rendah dengan elektrolit cair yang digabungkan dengan pemisah Li-MMT@PP. Dengan pelapisan/pengupasan reduplikatif, kekurangan pemisah PP secara bertahap terungkap bahwa baterai Li||Cu rakitan hanya bertahan ~ 50 siklus dan CE-nya menurun tajam hingga 60% dan hampir nol setelah 150 siklus. Sebaliknya, baterai CE dari Li||Cu yang dirakit dengan pemisah Li-MMT@PP masih menghasilkan siklus yang stabil dengan potensi berlebih yang lebih rendah (Gbr. 2b) dan baterai masih mempertahankan 98,2% CE setelah 200 siklus, menunjukkan Li yang disimpan logam lebih seragam dan tidak ada dendrit lithium yang dihasilkan setelah regulasi lapisan Li-MMT.
Performa elektrokimia baterai simetris Li||Cu dan Li||Li. a Kurva CE dan b kurva tegangan yang sesuai. c Profil tegangan–waktu baterai simetris Li||Li menggunakan pemisah Li-MMT@PP atau PP pada 1 mA cm
−2
dengan kapasitas 1 mAh cm
−2
. d Histeresis tegangan baterai simetris Li||Li. e , f Profil pembesaran parsial c . g Performa kecepatan baterai simetris Li||Li
Untuk menyelidiki lebih lanjut keuntungan dari pemisah Li-MMT@PP dalam stabilitas siklus anoda logam Li, baterai Li||Li simetris dengan berbagai pemisah juga dibuat. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 2c, saat kapasitas bersepeda adalah 1 mAh cm
−2
pada rapat arus 1 mA cm
−2
, baterai dengan pemisah Li-MMT@PP menghasilkan stabilitas siklus yang sangat baik dengan tegangan stabil yang stabil lebih dari 400 siklus (900 j) (Gbr. 2d). Sebaliknya, baterai dengan pemisah PP menunjukkan histeresis tegangan yang kuat pada tahap awal. Potensial berlebih hampir dua kali lipat dari pemisah Li-MMT@PP (Gbr. 2e). Setelah pelapisan/pengupasan Li lebih dari 84 jam, penurunan tegangan tiba-tiba diamati untuk baterai dengan pemisah PP (Gbr. 2f), yang dapat dianggap berasal dari sambungan listrik antara elektroda, yang mengakibatkan "korsleting lunak". Oleh karena itu, kinerja laju baterai simetris Li selanjutnya digunakan untuk menilai kerapatan arus dalam menekan dendrit Li. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 2g, pemisah Li-MMT@PP di bawah rapat arus bahkan setinggi 5 mA cm
−2
masih menunjukkan perilaku pelapisan/pengupasan normal. Pemisah PP menunjukkan fluktuasi tegangan yang signifikan saat rapat arus mendekati 3 mA cm
−2
. Terutama saat rapat arus dinaikkan menjadi 5 mA cm
−2
, tegangan menjadi sangat tidak stabil, menunjukkan permukaan anoda Li menderita dendrit Li yang serius. Dibandingkan dengan karya sebelumnya (File tambahan 1:Tabel S1), pemisah yang dimodifikasi Li-MMT menunjukkan keunggulan kompetitif untuk menekan dendrit Li secara efektif.
Korelasi ion Li melintasi pemisah sebelum dan sesudah melapisi lapisan Li-MMT diusulkan pada Gambar 3a. Setelah pertukaran kation, interlayer Li-MMT menyediakan situs aktif untuk Li. Jarak antar lapisan 1,4 nm berfungsi sebagai saluran ion Li yang unik untuk memungkinkan fluks ion Li yang teratur selama proses pelapisan/pengupasan. Namun, untuk pemisah PP, jalur higgledy-piggledy (Gbr. 3b) dan pori-pori yang ditumpuk secara sewenang-wenang akan gagal untuk memungkinkan migrasi ion Li yang seragam melintasi pemisah, yang mengarah ke deposisi ion Li yang heterogen dalam proses elektrokimia, dan menyebabkan pembentukan dendrit lithium. Dengan demikian, morfologi anoda logam Li setelah 20 siklus diselidiki untuk lebih memperjelas efek pemisah Li-MMT@PP pada penekanan dendrit Li. Seperti ditunjukkan pada Gambar. 3c, e, setelah melapisi lapisan Li-MMT, deposisi Li yang seragam dan padat terwujud dan tidak ada pembentukan dendrit Li yang diamati pada permukaan anoda bahkan setelah 20 siklus. Yang penting, anoda logam Li masih mempertahankan struktur yang relatif padat dan kompak dengan permukaan bebas dendrit, menyoroti keunggulan lapisan Li-MMT untuk perilaku pelapisan/pengupasan Li yang bebas dendrit. Namun, untuk sel dengan pemisah PP, anoda logam Li menampilkan dendrit Li berbentuk kawat yang jelas setelah siklus (Gbr. 3d), dan menumpuk Li berlumut secara longgar dengan struktur yang sangat berpori (Gbr. 3f).
Gambar SEM dari anoda Li yang digabungkan dengan Li-MMT@PP atau pemisah PP setelah 20 siklus pada 1 mA cm
−2
dengan kapasitas 1 mAh cm
−2
. a , b Ilustrasi mekanisme pemisah Li-MMT@PP atau PP. c , e Pemisah Li-MMT@PP. d , f pemisah PP. Bilah skala:c 25 µm, h 10 µm, e , f 2,5 µm
Untuk mendemonstrasikan potensi pemisah Li-MMT@PP dalam aplikasi praktis baterai logam Li, katoda S dengan pemuatan S 1,5 mg cm
−2
dipekerjakan sebagai elektroda. Antarmuka elektrokimia dirakit dengan pemisah yang berbeda diselidiki oleh pengukuran spektroskopi impedansi elektrokimia (EIS). Seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 4a, biasanya, semua pemisah menampilkan setengah lingkaran yang tertekan pada frekuensi tinggi, yang sesuai dengan resistansi transfer muatan antarmuka. Meskipun kita dapat melihat bahwa resistansi transfer muatan baterai yang dirakit dengan pemisah Li-MMT@PP sedikit lebih besar dari pada pemisah PP, kinerja baterai tidak terpengaruh setelah aktivasi kerapatan arus rendah, yang telah diklaim di bagian eksperimental. Selama daerah frekuensi rendah, garis miring menyajikan difusi ion lithium dalam bahan aktif. Gambar 4b menunjukkan dataran tegangan katoda komposit C/S yang dirakit dengan pemisah Li-MMT@PP atau PP antara 1,7 dan 2,8 V (V.S. Li/Li
+
). Tes voltametri siklik (CV) dilakukan dan disajikan dalam file tambahan 1:Gbr. S2. Meskipun konsentrasi polisulfida yang lebih besar hanya menghasilkan polarisasi konsentrasi yang sedikit lebih besar daripada separator PP, area puncak separator Li-MMT@PP jauh lebih besar daripada separator PP, yang menunjukkan bahwa lebih banyak polisulfida yang dihasilkan saat menggunakan lapisan pelapis Li-MMT . Menurut mekanisme reaksi katoda S, baterai Li-S biasanya menunjukkan dua dataran tinggi selama proses pengisian/pengosongan. Pada tahap pertama sebelum titik lutut, pemisah Li-MMT@PP menghasilkan kapasitas debit tinggi ~ 400 mAh g
−1
dengan histeresis tegangan yang dapat diabaikan. Namun, untuk pemisah PP, hanya ~ 210 mAh g
−1
kapasitas diamati, menunjukkan bahwa polisulfida rantai panjang yang dilepaskan sebagian (terutama untuk Li2 S8 ) tidak terlibat dalam reaksi redoks berikutnya untuk menyumbangkan kapasitas. Kapasitas pelepasan yang lebih tinggi selama dataran tinggi pertama menyiratkan bahwa lapisan Li-MMT dapat secara efektif menghindari antar-jemput polisulfida rantai panjang yang larut ke permukaan anoda Li. Pada langkah konversi kedua, jelas, untuk pemisah PP, sejumlah kecil polisulfida rantai pendek terbentuk karena adanya efek antar-jemput dalam elektrolit berbasis eter, yang telah dikonfirmasi oleh pekerjaan kami sebelumnya [26]. Sebaliknya, pemisah Li-MMT@PP dirancang secara rasional bahwa permukaan Li-MMT memiliki kemampuan penahan yang kuat untuk polisulfida untuk menghindari antar-jemput polisulfida [25]. Sifat adsorpsi yang sangat baik memastikan bahwa polisulfida dicegah untuk menyebarkan permukaan anoda Li dan mempasifkan permukaan Li, sehingga memungkinkan baterai Li–S yang dirakit dengan pemisah Li-MMT@PP memiliki kapasitas pelepasan tinggi 1283 mAh g
−1
. Siklus jangka panjang dengan stabilitas yang baik adalah tujuan utama baterai komersial. Siklus panjang pemisah Li-MMT@PP ditunjukkan pada Gambar. 4c. Pada awal 20 siklus, terlihat bahwa kapasitas pemisah Li-MMT@PP dan PP menunjukkan tren penurunan yang khas. Hal ini karena, pada proses pelepasan awal, polisulfida yang melimpah akan mengendap dari bagian dalam bahan katoda C/S dan mengendap di permukaan bahan katoda [26], yang mengakibatkan hilangnya kapasitas. Namun, setelah menstabilkan anoda logam litium, manfaat pemisah Li-MMT@PP muncul bahwa retensi kapasitas pelepasan mempertahankan 100% selama siklus berikutnya dan CE juga 100%.
Performa elektrokimia baterai Li–S dengan pemisah yang berbeda. a hasil EIS. b Pengisian/pengosongan stabil dengan pemisah Li-MMT@PP atau PP. c Performa bersepeda jangka panjang pada 0,5 mA cm
−2
dengan kandungan sulfur 1,5 mg cm
−2
Kesimpulan
Singkatnya, saluran ion interatomik (Li-MMT) dibangun pada pemisah PP berpori untuk memodulasi fluks ion Li dan kemudian memandu deposisi ion Li yang merata pada anoda Li selama elektroplating/pengupasan. Karena ruang interlayer yang luas (~ 1,4 nm) dari Li-MMT, pemisah Li-MMT@PP sangat memastikan cyclability dari anoda logam Li dengan menyatukan arah aliran ion lithium, menghasilkan deposisi seragam ion Li pada permukaan anoda, sehingga membentuk anoda lithium bebas dendritik. Saat dirakit dengan pemisah Li-MMT@PP, baterai Li–S menunjukkan kapasitas reversibel yang luar biasa sebesar 776 mAh g
−1
(hampir 1,4 kali lebih besar dari pemisah PP) dengan CE 100% setelah 190 siklus pada kerapatan arus 0,5 mA cm
−2
dengan kandungan sulfur 1,5 mg cm
−2
.
