成均馆大学Small Methods：用于钾硫电池的无粘结剂、高负载正极

钾硫（K-S）电池由于天然丰富的钾和硫资源而引起了广泛的研究关注，并且在大规模储能系统中具有广阔的应用前景。然而，K⁺反应动力学缓慢、硫物种反应活性低、多硫化物的穿梭效应以及大的体积变化阻碍了这些电池的发展。此外，使用粘结剂和集流体的传统电极制备方法难以提高面硫负载和能量密度。

韩国成均馆大学Youngkwan Lee等通过聚丙烯腈的相转化和硫化，为K-S电池开发了一种无粘结剂且自支撑的 SPAN正极（FS-SPAN）。

图1 FS-SPAN的制备

尽管没有使用粘结剂或集流体，FS-SPAN正极固有的多孔结构成功地实现了有效的离子/电子传输，并适应了体积膨胀和收缩、硫的高度可逆反应、坚固的结构和稳定的界面。

更重要的是，通过优化自支撑聚丙烯腈（FS-PAN）前驱体，可以轻松控制面积硫负载和面积容量，这有助于其在大规模制备中的适用性。

图2 FS-PAN和FS-SPAN的横截面形貌

结果，这种具有分层多孔网络的硫正极能够实现1345 mAh g^-1的高可逆容量和稳定的循环性能，每个循环的容量衰减为0.15%。此外，由于正极中有利的电子/离子传输，即使在3和7 mg cm^-2的高硫负载下也能实现3.1和4.2 mAh cm^-2的面积容量。

这项工作报道的简便的制备方法和优异的电化学性能可为开发高性能K-S电池铺平道路。

图3 高负载FS-SPAN的电化学性能

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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