Flexible self‐supporting organic cathode with interface engineering for high‐performance and wide‐temperature sodium‐ion batteries

阴极 接口(物质) 离子 材料科学 工程物理 纳米技术 计算机科学 电气工程 化学 复合材料 工程类 有机化学 冶金 毛细管数 毛细管作用
作者
Lei Wang,Suqiao Fang,Haichao Wang,Qianqian Peng,Yi‐Feng Liu,Hanghang Dong,Hao Yan,Yong Wang,Shulei Chou,Bing Sun,Yao Xiao,Shuangqiang Chen
出处
期刊:Carbon energy [Wiley]
被引量:1
标识
DOI:10.1002/cey2.632
摘要

Abstract Flexible electrode design with robust structure and good performance is one of the priorities for flexible batteries to power emerging wearable electronics, and organic cathode materials have become contenders for flexible self‐supporting electrodes. However, issues such as easy electrolyte solubility and low intrinsic conductivity contribute to high polarization and rapid capacity decay. Herein, we have designed a flexible self‐supporting cathode based on perylene‐3,4,9,10‐tetracarboxylic dianhydride (PTCDA), interfacial engineering enhanced by polypyrrole (PPy), and carbon nanotubes (CNTs), forming the interconnected and flexible PTCDA/PPy/CNTs using polymerization reaction and vacuum filtration methods, effectively curbing those challenges. When used as the cathode of sodium‐ion batteries, PTCDA/PPy/CNTs exhibit excellent rate capability (105.7 mAh g −1 at 20 C), outstanding cycling stability (79.4% capacity retention at 5 C after 500 cycles), and remarkable wide temperature application capability (86.5 mAh g −1 at −30°C and 115.4 mAh g −1 at 60°C). The sodium storage mechanism was verified to be a reversible oxidation reaction between two Na + ions and carbonyl groups by density functional theory calculations, in situ infrared Fourier transform infrared spectroscopy, and in situ Raman spectroscopy. Surprisingly, the pouch cells based on PTCDA/PPy/CNTs exhibit good mechanical flexibility in various mechanical states. This work inspires more rational designs of flexible and self‐supporting organic cathodes, promoting the development of high‐performance and wide‐temperature adaptable wearable electronic devices.

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