Sulfonic-Group-Grafted Ti3C2Tx MXene: A Silver Bullet to Settle the Instability of Polyaniline toward High-Performance Zn-Ion Batteries

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作者
Ying Liu,Ziwen Dai,Wang Zhang,Yue Jiang,Jian Peng,Dianlun Wu,Bin Chen,Wei Wei,Xian Chen,Zhenjie Liu,Zhigang Wang,Fei Han,Dahu Ding,Lei Wang,Lina Li,Yingguo Yang,Yang Huang
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:15 (5): 9065-9075 被引量:81
标识
DOI:10.1021/acsnano.1c02215
摘要

Polyaniline (PANI) is a promising cathode material for Zn-ion batteries (ZIBs) due to its intrinsic conductivity and redox activity; however, the achievements of PANI in high-performance ZIBs are largely hindered by its instability during the repeated charge/discharge. Taking advantage of the high conductivity, flexibility, and grafting ability together, a surface-engineered Ti3C2Tx MXene is designed as a silver bullet to fight against the deprotonation and swelling/shrinking issues occurring in the redox process of PANI, which are the origins of its instability. Specifically, the sulfonic-group-grafted Ti3C2Tx(S-Ti3C2Tx) continuously provides protons to improve the protonation degree of PANI and maintains the polymer backbone at a locally low pH, which effectively inhibits deprotonation and brings high redox activity along with good reversibility. Meanwhile, the conductive and flexible natures of S-Ti3C2Tx assist the fast redox reaction of PANI and concurrently buffer its corresponding swelling/shrinking. Therefore, the S-Ti3C2Tx-enhanced PANI cathode simultaneously achieves a high discharge capacity of 262 mAh g–1 at 0.5 A g–1, a superior rate capability of 160 mAh g–1 at 15 A g–1, and a good cyclability over 5000 cycles with 100% coulombic efficiency. This work enlightens the development of versatile MXene via surface engineering for advanced batteries.
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