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成果簡介

室溫鈉硫（RT Na-S）電池作為有前景的下一代儲(chǔ)能候選者，由于其高能量密度和豐富的地球元素儲(chǔ)量而受到越來越多的關(guān)注。然而，RT Na-S電池的固有缺點(diǎn)（即巨大的體積變化、多硫化物穿梭以及S的絕緣性和低反應(yīng)性）阻礙了它們的進(jìn)一步應(yīng)用。

中科大余彥教授和合肥工業(yè)大學(xué)劉家琴等人設(shè)計(jì)并合成了嵌有高度分散Mo₂C納米顆粒的分級(jí)多孔中空碳多面體，以作為高性能RT Na-S電池的S宿主。通過簡單調(diào)整ZIF（沸石咪唑骨架）前驅(qū)體的結(jié)構(gòu)和碳化處理，獲得了具有豐富微孔和中孔（HPC）的中空碳多面體。HPC可以增強(qiáng)S復(fù)合材料的電子導(dǎo)電性，避免循環(huán)過程中體積變化引起的電極粉化。同時(shí)，高導(dǎo)電性分散的Mo₂C對(duì)多硫化物有很強(qiáng)的化學(xué)吸附作用，并可催化多硫化物的轉(zhuǎn)化，從而有效抑制多硫化物的溶解，并加速其反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。

圖文速覽

中科大余彥/合工大劉家琴AM：高效Mo2C電催化劑，室溫鈉硫電池800次穩(wěn)定循環(huán)！

圖2-1 材料的合成示意圖

圖2-2 電池性能測試

作者設(shè)計(jì)并合成了錨定有高度分散Mo₂C的分級(jí)多孔中空碳，以作為高性能RT Na-S電池的S宿主。高度分散的Mo₂C作為導(dǎo)電極性介質(zhì)對(duì)多硫化物具有很強(qiáng)的化學(xué)吸附作用，并可進(jìn)一步催化NaPSs向Na₂S的轉(zhuǎn)化過程。

此外，分級(jí)多孔中空碳在物理限制S方面發(fā)揮著重要作用。受益于這些協(xié)同效應(yīng)，所制備的S@HPC/Mo₂C正極表現(xiàn)出高可逆容量（0.2 A g^-1下循環(huán)120次循環(huán)為1098 mAh g^-1）、長循環(huán)壽命（5 A g^-1下經(jīng)過800次循環(huán)后為 503 mAh g^-1）優(yōu)異的倍率性能（10.0 A g^-1時(shí)為483 mAh g^-1）。這項(xiàng)工作中的設(shè)計(jì)策略綜合了高離子擴(kuò)散能力、強(qiáng)吸附和高效催化等優(yōu)點(diǎn)，為解決S正極的棘手問題和開發(fā)高能電池提供了指導(dǎo)。

A High-Efficiency Mo₂C Electrocatalyst Promoting the Polysulfide Redox Kinetics for Na-S Batteries. AM 2022 https://doi.org/10.1002/adma.202200479

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