Organic Heterophase Composites Induced Sulfur Vacancies and Internal Electric Field Enhancement for Advanced Magnesium Storage of Copper Sulfide Cathodes

材料科学 硫化物 硫化铜 硫黄 阴极 储能 复合材料 电场 化学工程 冶金 电气工程 工程类 功率(物理) 物理 量子力学
作者
Xiaoqian He,Ruiqi Cheng,Xinyu Sun,Fengzhan Sun,Yang Fu,Yitong Li,Peng Li,Zhao Li,Hao Xu,Richard M. Laine,Jianxin Zou
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:35 (3) 被引量:14
标识
DOI:10.1002/adfm.202413893
摘要

Abstract Rechargeable magnesium‐ion batteries (MIBs) hold significant promise for safe and efficient large‐scale energy storage, but the lack of high‐performance cathodes hinders their development for practical applications. In this work, a series of nanocomposites consisting of π‐conjugated perylene‐3,4,9,10‐tetracarboxylic dianhydride annealed at 450 °C and copper sulfide (CuSP) are synthesized solvothermally to explore their utility as a host for Mg 2+ storage in MIBs. The carbonyl organics in the hybrid materials modify the predominant CuS phase, expanding interlayer spacing and enriching sulfur vacancies through modifications of the internal electric field. This synergistic interaction enhances magnesium storage performance and accelerates reaction kinetics. Using chlorine‐free Mg[B(hfip) 4 ] 2 /DME electrolytes, the CuSP91 cathode containing an appropriate organic content displays a remarkably high reversible capacity of 285 mAh g −1 at 50 mA g −1 , and demonstrates a stable capacity of 220 mAh g −1 at 100 mA g −1 , surpassing pure CuS cathode in terms of shorter activation time. The CuSP91 cathode maintains a discharge capacity of 55 mAh g −1 over 1000 cycles at 500 mA g −1 . A co‐redox mechanism is revealed through in/ex situ investigations and analyses. Overall, this research contributes valuable insights targeting the development of advanced organic–inorganic hybrid composite cathode materials in next‐generation energy storage systems.
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