Controllable Synthesis of Sub‐10 nm ZnS Nanograins Confined in Micro‐Size Carbon Skeleton for Aqueous Zn–S Batteries

材料科学 水溶液 骨架(计算机编程) 碳纤维 化学工程 纳米技术 复合材料 有机化学 计算机科学 复合数 化学 工程类 程序设计语言
作者
Min Yang,Zichao Yan,Hui Zhang,Junwei Li,Zhiqiang Zhu,Li Liu,Lifang Jiao
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (45) 被引量:26
标识
DOI:10.1002/adfm.202406077
摘要

Abstract Aqueous zinc–sulfur battery (AZSB) is a promising technology for energy storage, but its practical application is severely limited by the sluggish redox kinetics and large volume expansion of the sulfur cathode. Herein, the controllable synthesis of sub‐10 nm ZnS nanograins confined in micro‐size carbon skeleton (MN‐ZnS/C─H) and its application as the cathode for AZSB is reported. It is revealed that the carbon source, polyvinylpyrrolidone (PVP), can weakly coordinate with Zn 2+ and provide a physical confinement for inhibiting the agglomeration of ZnS nanograins during the calcination process. Moreover, the particle size of ZnS (from sub‐10 to 350 nm) and the shape of ZnS/carbon composite (from bulk to sphere) can be well controlled by tuning the chain length of PVP. In the unique hierarchical structure, the ZnS nanograins can provide an optimized ion transmission path, and the micro‐size carbon network not only ensures high electronic conductivity but also maintains structure integrity upon volume variation, endowing the MN‐ZnS/C─H electrode with a high reversible capacity of 370 mA h g −1 at 0.2 A g −1 , high rate capability of 209 mA h g −1 at 4 A g −1 , and a long lifespan of 210 cycles with 93.2% capacity retention at 2 A g −1 .
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