基于废弃牛奶衍生的生物质活性炭/Al2O3非对称涂层的准固态复合隔膜提升锂硫软包电池性能

本研究创新性地利用废弃牛奶制备生物质活性炭(BAC)，通过UV光聚合技术在聚乙烯(PE)隔膜上非对称涂覆BAC/Al2O3层，开发出具有离子传导性的准固态复合隔膜(QSCS)。该设计显著抑制多硫化物(LiPS)穿梭效应，使锂硫电池(LSB)在0.1C下的初始放电容量提升至944 mAh g?1，循环50次后库伦效率(CE)达93.1%，为LSB商业化提供新思路。

　　

Highlight

【准固态复合隔膜的制备】

通过紫外光聚合(UV photopolymerization)技术，在商业PE隔膜两侧分别涂覆废弃牛奶衍生的生物质活性炭(BAC)和氧化铝(Al₂O₃)纳米颗粒。其中BAC采用特殊设计反应炉单步热解活化制备，以三羟甲基丙烷乙氧基化物三丙烯酸酯(ETPTA)为单体，2-羟基-2-甲基苯丙酮(HMPP)为光引发剂，构建具有离子传导性的聚合物基质。

Results and discussion

【微观结构与性能】

扫描电镜(SEM)显示BAC层由不规则大颗粒组成(图1a)，能谱(EDS)证实其主要成分为碳(图1b-c)；Al₂O₃层则分布着300-400 nm的规则颗粒(图1d)。这种非对称结构赋予隔膜三大优势：(1)BAC的分级多孔结构有效锚定多硫化物；(2)Al₂O₃层增强电解质润湿性；(3)聚合物基质提供锂离子传输通道。电化学测试表明，相比传统PE隔膜(初始容量631 mAh g^?1)，QSCS使电池容量提升49.6%，且循环后电极表面硫分布更均匀。

Conclusions

【研究结论】

该准固态复合隔膜通过"双功能层"设计：BAC层像智能捕手般高效固定多硫化物，Al₂O₃层则扮演离子高速公路的角色，协同解决LSB的穿梭效应和锂枝晶问题。组装的软包电池展现出944 mAh g^?1的高容量和93.1%的CE，这项"变废为宝"的策略既推进LSB商业化进程，又为 dairy废弃物高值化利用提供范例。