Advanced Materials:可调控二硫化钼活性位点高效催化室温钠硫电池中硫的氧化还原反应

室温钠硫电池能量密度高、电极材料资源丰富且相对廉价,是一种有望实现规模储能应用的电池体系。但是目前的室温钠硫电池体系可逆容量较低,循环寿命差,且硫的氧化还原动力学缓慢。大量研究表明,在正极结构中引入适当的催化剂可以有效提高硫氧化还原效率,从而提升室温钠硫电池的电化学性能。近日,武汉大学曹余良和澳大利亚伍伦贡大学王云晓等揭示了二硫化钼作为催化剂在室温钠硫电池中的关键作用,相关结果发表在Advanced Materials上(论文信息附后)。

作者通过简单的一步溶液法合成前驱体,经过在高温下与硫单质作用实现原位硫化和同步载硫,成功制备了氮杂碳包裹二硫化钼载硫的纳米花状的三维结构。研究发现,除了碳载体的空间限域作用和氮掺杂位点的极性键合作用外,MoS2活性位点在催化多硫化物氧化还原反应中起着主导作用,尤其是从长链Na2Sn(4≤n≤8)转化到短链Na2S2和Na2S。值得注意的是,作者发现可以通过调节放电深度来增强MoS2的电催化活性。深度放电至低电位下,嵌钠的MoS2(NaxMoS2)对多硫化物中间体表现出更强的结合能和电催化行为,有效地促进了最终产物Na2S的形成。因此,这一复合硫正极表现出较高的可逆容量, 优秀的倍率性能,和超长的循环寿命,在0.2 A g-1电流密度下循环800周仍有774mAh g-1的比容量,在1 A g-1高电流密度下循环2800周容量保持率为84.4%。。

论文信息:

Tunable Electrocatalytic Behavior of Sodiated MoS2 Active Sites toward Efficient Sulfur Redox Reactions in Room-Temperature Na-S Batteries

Yanxia Wang, Yangyang Lai, Jun Chu, Zichao Yan, Yun‐Xiao Wang*, Shu‐Lei Chou, Hua‐Kun Liu, Shi Xue Dou, Xinping Ai, Hanxi Yang, Yuliang Cao*

Advanced Materials

DOI: 10.1002/adma.202100229