Stable Na/K–S Batteries with Conductive Organosulfur Polymer Microcages as Cathodes

有机硫化合物 化学 阴极 聚合物 导电聚合物 有机化学 纳米技术 化学工程 硫黄 物理化学 工程类 材料科学
作者
Xian Zeng,Zi‐Jian Yi,Guo-Yu Zhu,Ningning Zhu,Yanfei Chen,Ji‐Miao Xiao,Run-Hang Chen,Menghua Yang,Hongchang Jin,De‐Shan Bin,Dan Li
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:147 (1): 566-575 被引量:21
标识
DOI:10.1021/jacs.4c11845
摘要

Na-S and K-S batteries, with high-energy density, using naturally more abundant and affordable metals compared with rare resources like Li, Co, and Ni elements, have inspired intense research interest. However, the sulfur cathodes for Na/K storage are plagued by soluble polysulfide shuttling, larger volumetric deformation, and sluggish redox kinetics. Here, we report that a conductive organosulfur polymer microcage, fabricated facilely with the microbe and elemental sulfur as precursors, can effectively address these issues for stable high-capacity Na-S and K-S batteries. The covalently bonded short-chain sulfur species enable superior reaction kinetics and avoid soluble polysulfide formation. The microcage architecture with built-in cavities buffers the volume deformation to ensure a resilient electrode. The resultant conductive organosulfur polymer can promise a combination of high capacity and extraordinary cyclability with a promising rate and Coulombic efficiency. Especially, as a K-S battery cathode, it could deliver a high capacity of 1206.5 mAh g-1 together with an extraordinary cyclability (>99% capacity retention over 1100 cycles), which is much better than that of state-of-the-art sulfur cathodes. This work envisions new perspectives on building conductive organosulfur cathode materials with high performance via a simple and feasible protocol.
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