Ultrastable Organic Anode Enabled by Electrochemically Active MXene Binder toward Advanced Potassium Ion Storage

阳极 材料科学 电解质 化学工程 阴极 溶解度 电极 氧化还原 无机化学 化学 分子 有机化学 物理化学 工程类 冶金
作者
Shujie Zhou,Peng Zhang,Yanze Li,Lingfei Feng,Mengyao Xu,Razium Ali Soomro,Bin Xu
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:18 (24): 16027-16040 被引量:45
标识
DOI:10.1021/acsnano.4c04678
摘要

Conjugated carbonyl compounds are regarded as promising organic anode materials for potassium ion batteries (PIBs) due to their rich redox sites, excellent reversibility, and structural tunability, but their low electrical conductivity and severe solubility in organic electrolytes have substantially restricted their practical application. Herein, 2D MXene is utilized as an electrochemically active binder to fabricate perylene-3,4,9,10-tetracarboxylic dianhydride (PTCDA) electrodes for high-performance PIBs. MXene, coupled with Super-P particles, served as a binder and conductive matrix to facilitate rapid ion and electron transport, restrain the solubility of PTCDA, promote potassium adsorption, and alleviate the volume expansion of PTCDA during potassiation. Consequently, the PTCDA electrode bonded by the MXene/Super-P system delivers excellent potassium storage performance in terms of a high capacity of 462 mAh g –1 at 50 mA g –1, superior rate capability of 116.3 mAh g –1 at 2000 mA g –1, and stable cycle performance over 3000 cycles with a low capacity decay rate of ∼0.0033% per cycle. When configured with the PTCDA@450 cathode, an all-PTCDA potassium ion full cell delivers a maximum energy density of 179.5 Wh kg –1, indicating the superiority of MXene as an electrochemically active binder to promote the practical application of organic anodes for PIBs.
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