Small Things Make a Big Difference: Conductive Cross-Linking Sodium Alginate@MXene Binder Enables High-Volumetric-Capacity and High-Mass-Loading Li–S Battery

导电体 材料科学 电极 电池(电) 阴极 储能 电导率 导电的 纳米技术 化学工程 复合材料 化学 功率(物理) 物理化学 工程类 物理 量子力学
作者
Lu Cheng,Ruiyuan Tian,Yifan Zhao,Zhixuan Wei,Xin Pu,You‐Liang Zhu,Dong Zhang,Fei Du
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:23 (22): 10538-10544 被引量:15
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.3c03429
摘要

Binders are crucial for maintaining the integrity of an electrode, and there is a growing need for integrating multiple desirable properties into the binder for high-energy batteries, yet significant challenges remain. Here, we successfully synthesized a new binder by cross-linking sodium alginate (SA) with MXene materials (Ti3C2Tx). Besides the improved adhesion and mechanical properties, the integrated SA@Ti3C2Tx binder demonstrates much improved electronic conductivity, which enables ruling out the fluffy conductive additive from the electrode component with enhanced volumetric capacity. When SA@Ti3C2Tx is used to fabricate sulfur (S) cathodes, the conductive-additive-free electrode demonstrates extremely high capacity (1422 mAh cm-3/24.5 mAh cm-2) under an S loading of 17.2 mg cm-2 for Li-S batteries. Impressively, the SA@Ti3C2Tx binder shows remarkable feasibility in other battery systems such as Na-S and LiFePO4 batteries. The proposed strategy of constructing a cross-linking conductive binder opens new possibilities for designing high-mass-loading electrodes with high volumetric capacity.
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