细菌基于细菌纤维素的分离剂辅助锂硫电池

一组研究人员最近在《期刊》上发表了一篇论文高级材料界面欧洲杯足球竞彩这证明了细菌纤维素（BC）的分离器在锂硫（LI-S）电池应用中的优势特征。

学习：了解Li – S Battery中细菌基于细菌纤维素的分离器的优势特征。图片来源：补货图像/shutterstock.com

背景

由于其生态友好性和高能量密度，Li-S电池引起了人们的关注。分离器是LI-S电池中影响电池性能的关键组件之一，因为它将阳极和阴极分开并防止电池中的短路。

分离器会影响电解质和电极之间的均匀性以及电极之间的离子传输。聚丙烯（PP）和聚乙烯（PE）分离器最广泛地用作电池分离器。但是，这些分离器对离子传输的选择性低，与LI阳极的兼容性不佳，从而使它们不适合LI-S电池应用。

纤维素是一种丰富的，天然和可再生资源，被认为是用于各种二级电池中的常规聚甲烷分离器的合适替代品，这是由于其更大的机械强度和高热稳定性，从而确保了增强的安全性能。

纤维素中的羟基促进了电池中的离子传输过程调节。使用基于纤维素的掩模作为分离器的细胞表现出均匀的LI阳极形态和特殊的电荷 - 递送性能为200 h。此外，带有纳米孔的纤维素分离器显示出500小时的无树枝性能。

尽管一些研究表明，使用不同的基于纤维素的分离器的电池表现出色，但缺乏对基于纤维素的分离器的不同优势特征，特别是基于BC的分离器的详细了解这些分离器。

BC-1的表面和横截面的SEM图像a，b）气凝胶和光盘）PP分离器。e）n₂不同BC气凝胶的吸附 - 解吸等温线。F）PP和BC分离器的电解质存储能力。G）不同温度下不同分离器的热稳定性。图片来源：Li，J等人，高级材料界面欧洲杯足球竞彩

研究

在这项研究中，研究人员准备了具有不同厚度的BC分离器模型，并将其与PP分离器在电化学性能方面进行了比较。该研究的目的是通过调节锂离子来确认基于纤维素的分离器改善LI-S电池性能的能力（Li⁺）对阳极的沉积并调节离子物种的运动，例如Li⁺和锂多硫化物（嘴唇）。

BC水凝胶，氢氧化钠和硫化锂用作起始材料。欧洲杯足球竞彩在微生物发酵过程中控制BC分离器厚度。在此过程中，使用常见的营养培养基来培养细菌，然后在培养基/空气界面作为外多糖生产BC。

厚厚的凝胶，称为颗粒，由99％的水组成，并获得了互连的三维（3D）多孔BC纳米纤维网络。随后，通过将蛋白质浸泡在5％的氢氧化钠溶液中，将其浸泡在80％的氢氧化钠溶液中，从而消除了蛋白质。^oC持续了几个小时，最后使用去离子水洗涤它。

将所得的纯化的BC水凝胶存储在4处的水溶液中^oC，然后在10时冷冻干燥24小时^-6条压力和-52^oC温度获得BC气凝胶。最终，卑诗省的气凝胶被切成19毫米圆盘，分别为五个，三个和一个毫米厚度，分别被指定为BC-5，BC-3和BC-1。

进行了X射线衍射，扫描电子显微镜，傅立叶变换红外光谱和X射线光电光谱，以表征合成样品。在不同温度下记录分离器的尺寸变化，以测量其热稳定性。

研究人员评估了分离器的电解质吸收率，电解质储存能力和孔隙率。维也纳的启动模拟包用于执行结合能的理论模拟。研究人员还对准备好的BC分离器样品和视觉多硫化物班车测试进行了电化学测量。

一种）锂对称细胞与PP和BC-1的电压谱。循环锂阳极表面的SEM图像（680 h之后）在对称细胞中，b）pp或pp或C）BC-1。O 1S的XPS光谱在与D）PP或E）BC-1的对称细胞中循环锂阳极表面的高分辨率。图片来源：Li，J等人，高级材料界面欧洲杯足球竞彩

观察

成功合成了具有不同厚度的BC分离器。与商业PP分离器相比，BC分离器显示出更好的电解质摄取和润湿性，这是由于丰富的羟基和较高的孔隙率，从而改善了LI⁺运输并增强了界面兼容性。

分离器还抑制了Li树突的形成，从而导致Li在阳极上均匀沉积。此外，分离器表现出很高的热稳定性，从而提高了电池安全性能。此外，BC氧官能团通过通过静电相互作用有效地吸附多硫化物来抑制可溶性多硫化物的穿梭。

一种）不同分离器的穿梭电流；b）在实现锂 - 硫细胞的稳态电流后计算班车电流衰减速率。代数方程表示衰减率。图片来源：Li，J等人，高级材料界面欧洲杯足球竞彩

带有BC分离剂的对称细胞由于氧化锂的形成而表现出680小时的安全电化学性能（Li₂O）来自纤维素和Li金属以及3D纤维结构。通过优化数学模型，成功地描述了分离器的容量损失和物理性质之间的定量关系。纤维素在嘴唇传播过程中起着独特的作用。

总而言之，这项研究的结果证明了将BC分离器用作高能密度LI – S和其他Li-Metal电池的合适电池材料的可行性，并验证了基于LI – S的基于纤维素分离器的优势特征的假设电池应用。

将来，有关有利BC分离器功能的研究中获得的洞察力可以为设计电池设计功能性BC分离器提供理论基础。

参考

Li，J.，Li，Y.，Li，Z.，等。（2022）了解Li – S Battery中细菌基于细菌纤维素的分离剂的优势。高级材料界面欧洲杯足球竞彩。https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/admi.202201730

免责声明：此处表达的观点是以其私人身份表达的作者的观点，不一定代表AZOM.com的观点有限的T/A Azonetwork本网站的所有者和运营商。此免责声明构成了条款和条件使用此网站。