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鄭州大學(xué)AM：有機(jī)硫和原位生成低聚物的尺寸效應(yīng)實(shí)現(xiàn)高利用率的鈉-有機(jī)硫電池

有機(jī)硫由于其高容量、多樣的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的電化學(xué)性能而成為可充電金屬電池的有前途的正極材料。然而迄今為止，文獻(xiàn)中還沒有報(bào)道過在室溫條件下有希望的可充電鈉-有機(jī)硫電池。

在此，鄭州大學(xué)付永柱教授等人揭示了三種有機(jī)硫化合物，即 4,4′-硫代雙苯硫醇 (TBBT)、1,4-苯二硫醇 (1,4-BDT) 和二苯二硫醚 (DPDS) 在室溫可充電鈉電池中的電化學(xué)行為。

結(jié)果表明當(dāng)使用Nafion膜時(shí)，充電過程中會(huì)形成大的有機(jī)硫低聚物，它們很容易被Nafion膜中的納米級(jí)離子導(dǎo)電簇阻擋。此外，大的有機(jī)硫單體也會(huì)被堵塞，800小時(shí)后只有5.4% 的TBBT通過Nafion膜擴(kuò)散。

圖1. 第一次循環(huán)后電池帶電產(chǎn)物的質(zhì)譜圖及Na-有機(jī)硫電池示意圖

Na|TBBT電池在300次循環(huán)（2420小時(shí)）后仍保持理論容量的77%。此外，Na|TBBT氧化還原液流電池也顯示出良好的可充電性，有機(jī)硫的利用率明顯高于文獻(xiàn)中的無機(jī)硫陰極。

由于中等的分子尺寸，除了無機(jī)硫和含硫聚合物外，有機(jī)硫低聚物有望為開發(fā)高容量硫?qū)僭卣龢O提供新的途徑。這項(xiàng)工作可以為抑制可溶性有機(jī)電極材料的穿梭提供靈感，從而實(shí)現(xiàn)可充電堿金屬電池的高性能。

圖2. Na|TBBT電池的電化學(xué)性能

Size Effect of Organosulfur and In Situ Formed Oligomers Enables High-Utilization Na-Organosulfur Batteries, Advanced Materials. 2021. DOI: 10.1002/adma.202100824

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