Fibrous organosulfur cathode materials with high bonded sulfur for high-performance lithium-sulfur batteries

有机硫化合物 阴极 硫黄 材料科学 锂硫电池 锂(药物) 无机化学 化学 电化学 电极 冶金 医学 内分泌学 物理化学
作者
Misganaw Adigo Weret,Chung‐Feng Jeffrey Kuo,Wei‐Nien Su,Tamene Simachew Zeleke,Chen−Jui Huang,Niguse Aweke Sahalie,Tilahun Awoke Zegeye,Zewdu Tadesse Wondimkun,Fekadu Wubatu Fenta,Bikila Alemu Jote,Meng‐Che Tsai,Bing−Joe Hwang
出处
期刊:Journal of Power Sources [Elsevier BV]
卷期号:541: 231693-231693 被引量:50
标识
DOI:10.1016/j.jpowsour.2022.231693
摘要

Organosulfur compounds are promising cathode materials for lithium-sulfur (Li–S) batteries because of their sustainability, lightweight, and environmental kindness. Recently, sulfurized-polyacrylonitrile (SPAN) with chemically anchored sulfur has drawn tremendous attention. However, the low sulfur content in the SPAN (mostly below 50 wt%) hampers its practical application as a cathode material in Li–S batteries. Herein, we introduce trithiocyanuric acid (TTCA) with polyacrylonitrile (PAN) to synthesize fibrous sulfurized TTCA/PAN (STTCA@SPAN) via an electrospinning technique followed by inverse vulcanization. The thiol groups in TTCA are more readily oxidizing in the sulfurization process and increased the sulfur content to 58 wt% in the fibrous STTCA@SPAN composite. The chemically bonded short-chain sulfur species endow STTCA@SPAN cathode excellent compatibility with carbonate-based electrolytes. Moreover, the fibrous cathodes exhibit an initial discharge capacity of 1301 mAh g −1 , excellent cycle stability over 400 cycles, and high-rate capabilities of 1028, 957, 827, and 660 mAh g −1 at 0.2, 0.5, 1.0, 2.0 C-rates, respectively. The cross-linked fibrous morphology maintains the structural stability of the cathode after a continuous charge/discharge process. • STTCA@SPAN comprises trithiocyanuric acid (TTCA) and polyacrylonitrile (PAN). • STTCA@SPAN composite is prepared by an electrospinning and inverse vulcanization. • STTCA@SPAN cathode shows excellent compatibility with carbonate electrolytes. • The fibrous STTCA@SPAN cathode exhibits cycle stability over 400 cycles. • Interwoven morphology maintains the cathode structure stability after long cycles.
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