Ein‐Topf‐Synthese von Schwefelkathoden mit hoher Kapazität durch In situ‐Polymerisation eines porösen Polymers auf Iminbasis

Abstract

AbstractLithium‐Ionen‐Batterien, die für elektronische Geräte und Elektrofahrzeuge unerlässlich sind, verwenden hauptsächlich Kathoden aus kritischen Materialien wie Kobalt. Eine nachhaltigere Alternative sind Kathoden auf Schwefelbasis, die eine hohe theoretische Kapazität von 1675 mAh g−1 und Umweltvorteile bieten, da Schwefel reichlich vorhanden und weniger toxisch ist. Moderne Elektroden auf Schwefelbasis erreichen die theoretische Kapazität jedoch nicht, vor allem weil die herkömmliche Elektrodenherstellung auf dem Mischen der Komponenten zu schwach koordinierten Aufschlämmungen beruht. Infolgedessen führt die Mobilität des Schwefels zu einer Degradation der Batterie – ein Effekt, der als „Schwefel‐Shuttle“ bekannt ist. Diese Studie stellt eine Lösung vor, indem ein mikroporöses, kovalent gebundenes, iminbasiertes Polymernetzwerk entwickelt wird, das in situ um die Schwefelpartikel auf dem Stromkollektor wächst. Das Polymernetzwerk (i) ermöglicht den selektiven Transport von Elektrolyt und Li‐Ionen durch Poren definierter Größe und (ii) fungiert als robuster Wirt, um die aktive Komponente der Elektrode (Schwefelspezies) zurückzuhalten. Die resultierende Kathode hat eine überlegene Leistung von 0,1 C (1360 mAh g−1) bis 3 C (807 mAh g−1). Mit der Demonstration einer leistungsstarken, langlebigen Schwefelkathode, die in einem einfachen Eintopfverfahren hergestellt wurde, unterstreicht unsere Forschung das Potenzial mikroporöser Polymere bei der Lösung von Schwefeldiffusionsproblemen und ebnet den Weg für Schwefelelektroden als praktikable Alternative zu herkömmlichen Kathoden auf Metallbasis.