侴术雷AFM：一种用于高性能室温钠硫电池的独立式硫正极

Nanoyu

2021-06-03

室温钠硫（RT Na-S）电池以其成本低、比能量高等优点受到广泛关注。然而，已报道的RT Na-S电池通常存在反应动力学缓慢、可逆容量低、寿命短等问题。

近日，澳大利亚伍伦贡大学侴术雷教授，Yun-Xiao Wang，Bin-Wei Zhang报道了一种由包覆Co纳米颗粒的多孔掺氮碳纳米纤维（PCNFs）(Co@PCNFs)组成的链式催化剂可以通过电子工程活化硫。

文章要点

1）研究人员首先在文献基础上合成了具有高孔隙率和分散性的咪唑骨架(ZIF)型金属有机骨架Zn，Co-ZIF。然后，将Zn、Co-ZIF、聚丙烯腈(PAN)和N,N-二甲基甲酰胺混合溶液电纺成Zn、Co-ZIF/PAN复合纳米纤维。经300 ℃热处理后，得到链状催化剂Co@PCNFs。

2）这种具有微米级层次化结构的链状催化剂Co@PCNFs作为独立的硫正极（Co@PCNFs/S）可以为高质量负载硫和多硫化物提供空间。在放电-充电过程中，电子可以从链式催化剂迅速转移到硫和多硫化物上，从而提高其转化动力学。实验结果表明，这种独立的Co@PCNFs/S正极具有2.1±0.2 mg cm⁻²的高硫负载量，在600次循环中0.5 C时的可逆容量为398 mA h g⁻¹（1 C=1675 mA g⁻¹），以及在5 C时平均容量为240 mA h g⁻¹的优异倍率性能。

3）电子能量损失谱(EELS)、X射线光电子能谱(XPS)、原位X射线衍射谱(XRD)、X射线吸收谱(XAS)和密度泛函理论（DFT）计算结果表明，Co@PCNFs/S能有效地提高多硫化物与Na₂S之间的转化动力学，从而实现高效的硫氧化还原反应。

这种独立式设计提供了一种实用的方法，可以实现高硫负荷，从而获得性能更好的RT型Na-S电池。

参考文献

Huiling Yang, et al, Architecting Freestanding Sulfur Cathodes for Superior Room-Temperature Na–S Batteries, Adv. Funct. Mater. 2021

DOI: 10.1002/adfm.202102280

https://doi.org/10.1002/adfm.202102280