Inhibiting Grain Pulverization and Sulfur Dissolution of Bismuth Sulfide by Ionic Liquid Enhanced Poly(3,4-ethylenedioxythiophene):Poly(styrenesulfonate) for High-Performance Zinc-Ion Batteries

材料科学 溶解 化学工程 电解质 聚(3,4-亚乙基二氧噻吩) 水溶液 离子电导率 电池(电) 硫化锌 聚合物 电极 导电聚合物 复合材料 冶金 有机化学 化学 物理化学 功率(物理) 工程类 物理 量子力学
作者
Yuwei Zhao,Longtao Ma,Yongbin Zhu,Peng Qin,Hongfei Li,Funian Mo,Donghong Wang,Guojin Liang,Qi Yang,Weishu Liu,Chunyi Zhi
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:13 (6): 7270-7280 被引量:109
标识
DOI:10.1021/acsnano.9b02986
摘要

Aqueous zinc-ion batteries (ZIBs) possess energy storages advantages, including low cost, high safety, and durable lifetimes. Materials are worth exploring to achieve high-performance batteries. Although Bi2S3 is predicted to be highly capable for energy storage, it has never been used in aqueous ZIBs due to the structure degradation. Herein, we apply Bi2S3 in aqueous ZIBs and develop an ionic liquid enhanced poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate) (PEDOT:PSS) coating to perfectly stabilize the Bi2S3 electrode, which plays three roles of providing high conductivity, inhibiting grain pulverization and sulfur dissolution, and acting as an artificial solid electrolyte interphase. The synergistic merits of the desirable capacity of Bi2S3 and a versatile polymer provide a capacity of 275 mAh g–1 and excellent cycling stability up to 5300 cycles with 95.3% retention. A reversible conversion mechanism into hexagonal ZnS is revealed by investigation of a variety of spectra. The prepared quasi-solid battery based on a high concentration salt electrolyte/polyacrylamide hydrogel exhibits a high energy density (315 Wh kg–1) and long-term cyclability over 5300 cycles. For demonstration, a single battery can power a digital hygrometer thermometer for more than 14 h 48 min. This work highlights a ground-breaking demonstration of incorporating structural integrity with stable interfacial chemistry.
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