An Integrated Na2S−Electrocatalyst Nanostructured Cathode for Sodium–Sulfur Batteries at Room Temperature

电催化剂 阴极 材料科学 硫黄 电池(电) 钠 无机化学 电化学 电极 化学 冶金 电气工程 工程类 物理 物理化学 功率(物理) 量子力学
作者
Sichang Ma,Yueming Zhu,Yadong Yang,Dongyang Li,Wendong Tan,Ling Gao,Wanwei Zhao,Wenbo Liu,Wenyu Liang,Rui Xu
出处
期刊:Batteries [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:11 (1): 9-9 被引量:4
标识
DOI:10.3390/batteries11010009
摘要

Room-temperature sodium–sulfur (RT Na–S) batteries offer a superior, high-energy-density solution for rechargeable batteries using earth-abundant materials. However, conventional RT Na–S batteries typically use sulfur as the cathode, which suffers from severe volume expansion and requires pairing with a sodium metal anode, raising significant safety concerns. Utilizing Na2S as the cathode material addresses these issues, yet challenges such as Na2S’s low conductivity as well as the shuttle effect of polysulfide still hinder RT Na–S battery development. Herein, we present a simple and cost-effective method to fabricate a Na2S–Na6CoS4/Co@C cathode, wherein Na2S nanoparticles are embedded in a conductive carbon matrix and coupled with dual catalysts, Na6CoS4 and Co, generated via the in situ carbothermal reduction of Na2SO4 and CoSO4. This approach creates a three-dimensional porous composite cathode structure that facilitates electrolyte infiltration and forms a continuous conductive network for efficient electron transport. The in situ formed Na6CoS4/Co electrocatalysts, tightly integrated with Na2S, exhibit strong catalytic activity and robust physicochemical stabilization, thereby accelerating redox kinetics and mitigating the polysulfide shuttle effect. As a result, the Na2S–Na6CoS4/Co@C cathode achieves superior capacity retention, demonstrating a discharge capacity of 346 mAh g−1 after 100 cycles. This work highlights an effective strategy for enhancing Na2S cathodes with embedded catalysts, leading to enhanced reaction kinetics and superior cycling stability.

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