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Sulfurized Polyacrylonitrile Cathodes With Rapid Redox Kinetics for High‐Capacity and Long‐Cycle‐Life Lithium‐Sulfur Batteries

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作者
Liang Tian,Li Li,Zhaowen Ren,Wenhui Yuan
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:21 (34): e2503389-e2503389 被引量:2
标识
DOI:10.1002/smll.202503389
摘要

The quasi-solid-state reaction process in sulfurized polyacrylonitrile (SPAN) has emerged as a promising strategy to mitigate the polysulfide shuttle effect in lithium-sulfur (Li-S) batteries. However, the practical implementation of SPAN cathodes in ether-based electrolytes remains challenging due to solvation-induced structural rearrangement stemming from sluggish redox kinetics. Herein, a hierarchically structured composite (denoted as HSPAN) is developed through pyrolytic transformation of polystyrene (PS) templates coupled with carbon nanotubes (CNTs) network integration. This engineered architecture establishes dual electron-ion transport channels, which synergistically enhance sulfur redox kinetics, suppress short-chain sulfur dissolution, and enable stable charge/discharge cycling in ether electrolytes. The optimized HSPAN cathode delivers a specific discharge capacity of 1145 mAh g⁻¹ at 1 C rate with a sulfur content of 50%, maintaining 82% capacity retention over 800 cycles. Density functional theory (DFT) calculations reveal that the sulfurization treatment significantly narrows the HOMO-LUMO energy gap by modulating the electronic structure of polyacrylonitrile, thereby enhancing the conductivity and redox activity of the material, providing a theoretical basis for designing high-performance lithium-sulfur battery cathodes. This work provides fundamental insights into the solvation dynamics of sulfurized polymers and demonstrates a viable pathway toward practical high-energy-density Li-S batteries through rational electrode engineering.
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