侴术雷/汪国秀等AM：连续碳通道使室温Na-S电池循环2000次！

多孔碳已被广泛用作有效的主体来封装Li-S和Na-S电池中的高活性分子硫。然而，对于这些亚纳米孔，在循环过程中提供完全可及的畅通钠离子通道是一个挑战，特别是对于高硫含量。众所周知，全覆盖设计结构的固体界面在促进电池的快速电荷转移和稳定转换反应方面起着至关重要的作用。而在孔隙中构建高离子导电性固体界面非常困难。

温州大学侴术雷、澳大利亚悉尼科技大学汪国秀、伍伦贡大学Yun-Xiao Wang、Wei-Hong Lai等报道了具有连续孔分布的微介孔碳纳米球（MMPCS）的合成，以作为Na-S电池的有效载体。

图1 连续孔中的完全钠离子可及性

连续的碳孔使钠离子完全可及，从而提供内部富钠环境和电池中的快速转换动力学。原位TEM和飞行时间二次离子质谱（TOF-SIMS）结果证实，MMPCS-800@S 与微孔和小介孔相结合，可加速Na⁺传输并在循环过程中保持稳定的结构。

重要的是，在放电过程中S完全还原为Na₂S导致固态Na₂S中间相沉积在孔中，它作为每个孔中的类正极电解质界面（CEI）层，为硫物种的氧化还原反应提供Na⁺传输，并保护同时溶解在电解液中的硫物种。原位 XRD、原位XAS和DFT计算结果证实MMPCS-800@S中存在稳定的界面，这对提高Na⁺扩散速率和循环稳定性起着关键作用。

图2 电化学过程中的原位和非原位表征

因此，合理设计的S正极使室温Na-S电池展示了高度可逆的容量、出色的倍率性能和稳定的长寿命。特别是，S正极在2 A g^-1下循环2000次后提供420 mAh g^-1的高可逆容量和在5 A g^-1下470 mAh g^-1的可逆倍率容量。

此外，值得注意的是，它可以在0.5 A g^-1的电流密度下循环500 次后实现约90%的高容量保持率，为具有优异倍率能力和长寿命室温Na-S储能系统的未来应用提供了广阔的前景。

图3 高离子导电性Na₂S界面对电池性能的影响

Continuous Carbon Channels Enable Full Na-ion Accessibility for Superior Room-temperature Na-S Batteries. Advanced Materials 2021. DOI: 10.1002/adma.202108363

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