Enhanced reversible capacity of sulfurized polyacrylonitrile cathode for room-temperature Na/S batteries by electrochemical activation

聚丙烯腈 电化学 阴极 化学 材料科学 化学工程 电极 聚合物 物理化学 工程类 复合材料
作者
Hui-Hun Kim,Milan K. Sadan,Changhyeon Kim,Jaejoon Jo,Minjun Seong,Kwon‐Koo Cho,Ki-Won Kim,Jou‐Hyeon Ahn,Hyo‐Jun Ahn
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:426: 130787-130787 被引量:25
标识
DOI:10.1016/j.cej.2021.130787
摘要

Low costs and high theoretical energy densities make room-temperature Na/S batteries attractive for large-scale applications. However, obtaining sulfur cathodes with high reversible capacities remains challenging. For sulfurized polyacrylonitrile (SPAN) cathode, we found the reaction mechanism between sodium and sulfur, and then developed a method to obtain high reversible capacity by electrochemical activation. During the first discharge (sodiation), one sodium per sulfur atom reacts irreversibly with the conjugated carbon backbone, which reduces the resistance of SPAN. Upon further sodiation, sodium reversibly reacts with free sulfur generated by cleaving C–S and S–S bonds in SPAN to form Na2S. After simple activation, i.e. further sodiation, 1.8 sodium atoms per sulfur atom, the reversible discharge capacity reaches 1502 mAh g−1-sulfur, similar to the theoretical capacity of Na2S, which is the highest value ever reported. After 100 cycles, the capacity remains at 1405 mAh g−1-sulfur; thus, the energy density of SPAN is 543 Wh kg−1, much higher than the theoretical value for lithium-ion batteries. The reported reaction mechanism and activation process provide new strategies for room-temperature Na/S batteries.
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