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成均館大學(xué)Small Methods：用于鉀硫電池的無粘結(jié)劑、高負(fù)載正極

鉀硫（K-S）電池由于天然豐富的鉀和硫資源而引起了廣泛的研究關(guān)注，并且在大規(guī)模儲能系統(tǒng)中具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，K⁺反應(yīng)動力學(xué)緩慢、硫物種反應(yīng)活性低、多硫化物的穿梭效應(yīng)以及大的體積變化阻礙了這些電池的發(fā)展。此外，使用粘結(jié)劑和集流體的傳統(tǒng)電極制備方法難以提高面硫負(fù)載和能量密度。

韓國成均館大學(xué)Youngkwan Lee等通過聚丙烯腈的相轉(zhuǎn)化和硫化，為K-S電池開發(fā)了一種無粘結(jié)劑且自支撐的 SPAN正極（FS-SPAN）。

圖1 FS-SPAN的制備

盡管沒有使用粘結(jié)劑或集流體，F(xiàn)S-SPAN正極固有的多孔結(jié)構(gòu)成功地實(shí)現(xiàn)了有效的離子/電子傳輸，并適應(yīng)了體積膨脹和收縮、硫的高度可逆反應(yīng)、堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定的界面。

更重要的是，通過優(yōu)化自支撐聚丙烯腈（FS-PAN）前驅(qū)體，可以輕松控制面積硫負(fù)載和面積容量，這有助于其在大規(guī)模制備中的適用性。

圖2 FS-PAN和FS-SPAN的橫截面形貌

結(jié)果，這種具有分層多孔網(wǎng)絡(luò)的硫正極能夠?qū)崿F(xiàn)1345 mAh g^-1的高可逆容量和穩(wěn)定的循環(huán)性能，每個(gè)循環(huán)的容量衰減為0.15%。此外，由于正極中有利的電子/離子傳輸，即使在3和7 mg cm^-2的高硫負(fù)載下也能實(shí)現(xiàn)3.1和4.2 mAh cm^-2的面積容量。

這項(xiàng)工作報(bào)道的簡便的制備方法和優(yōu)異的電化學(xué)性能可為開發(fā)高性能K-S電池鋪平道路。

圖3 高負(fù)載FS-SPAN的電化學(xué)性能

Binder-Free and High-Loading Cathode Realized by Hierarchical Structure for Potassium–Sulfur Batteries. Small Methods 2021. DOI: 10.1002/smtd.202100899

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