High-Performance Sulfurized Polyacrylonitrile Cathode by Using MXene as a Conductive and Catalytic Binder for Room-Temperature Na/S Batteries

聚丙烯腈 材料科学 阴极 催化作用 导电体 电极 电导率 化学工程 电化学 复合材料 聚合物 有机化学 化学 工程类 物理化学
作者
Tao Sun,Shuo Wang,Mengyao Xu,Ning Qiao,Qizhen Zhu,Bin Xu
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (8): 10093-10103 被引量:18
标识
DOI:10.1021/acsami.3c17874
摘要

Sulfurized polyacrylonitrile (PAN@S) is a promising cathode material for room-temperature Na/S batteries but suffers from low conductivity and insufficient electrochemical activity, resulting in unsatisfactory actual capacity and rate performance. Herein, Ti3C2Tx MXene nanosheets are used as a conductive and catalytic binder to establish the PAN@S electrode, wherein MXene constructs a highly conductive framework for fast charge transport and provides high catalytic effect to improve the active material utilization and accelerate the redox kinetics significantly. Therefore, the PAN@S electrode bonded by MXene shows an electronic conductivity of 5.05 S cm-1, 4 orders of magnitude higher than the conventional electrodes bonded by the insulative polymer binders, and much decreased activation energy barrier and resistance. Consequently, the PAN@S electrode displays superior performance in terms of high capacity (697.3 mAh g-1 at 200 mA g-1), unparalleled rate capability (189.0 mAh g-1 at 20 A g-1), and excellent high-rate cycling performance (a capacity decay rate of ∼0.04% per cycle during 1000 cycles at 5 A g-1). This work provides a high-performance electrode for room-temperature Na/S batteries and shows the promising potential of conductive and catalytic MXene binders in boosting the performance of active materials.
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