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Enhancing Hydrophilicity of Thick Electrodes for High Energy Density Aqueous Batteries

Nano-Micro Letters 2023年第7期15卷 110-121页

作者： Jungeun lee hyeonsoo lee Cheol Bak Youngsun Hong Daeha Joung Jeong Beom Ko Yong Min lee Chanhoon Kim Sustainable Technology and Wellness R&D Group Korea Institute of Industrial Technology(KITECH)102 Jejudaehak-RoJeju-SiJeju-do 63243Republic of Korea Department of Energy Science and Engineering Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology(DGIST)Daegu 42988Republic of Korea Department of Physics Virginia Commonwealth UniversityRichmondVA 23284USA

Thick electrodes can substantially enhance the overall energy density of batteries.However,insufficient wettability of aqueous electrolytes toward electrodes with conventional hydrophobic binders severely limits utilization of active materials with increasing the thickness of electrodes for aqueous batteries,resulting in battery performance deterioration with a reduced capacity.Here,we demonstrate that controlling the hydrophilicity of the thicker electrodes is critical to enhancing the overall energy density of batteries.Hydrophilic binders are synthesized via a simple sulfonation process of conventional polyvinylidene fluoride binders,considering physicochemical properties such as mechanical properties and adhesion.The introduction of abundant sulfonate groups of binders(i)allows fast and sufficient electrolyte wetting,and(ii)improves ionic conduction in thick electrodes,enabling a significant increase in reversible capacities under various current densities.Further,the sulfonated binder effectively inhibits the dissolution of cathode materials in reactive aqueous electrolytes.Overall,our findings significantly enhance the energy density and contribute to the development of practical zinc-ion batteries.

关键词： Thick electrodes Hydrophilic binder Sulfonation Aqueous zinc-ion batteries High areal capacity

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