Tailoring Na⁺ Chelation Dynamics for Expedient Sulfur Redox Kinetics in Low‐Temperature Sodium–Sulfur Batteries

硫黄 化学 动力学 螯合作用 溶剂化 电解质 无机化学 工作(物理) 合理设计 溶剂 多硫化物 离子 氧化还原 化学工程 化学动力学 分子动力学 活化能 溶剂效应
作者
Min‐Hao Pai,Arumugam Manthiram
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:64 (51): e202517612-e202517612
标识
DOI:10.1002/anie.202517612
摘要

Sodium-sulfur (Na-S) batteries have attracted considerable attention due to their high theoretical energy density and the abundant natural availability of sodium and sulfur. However, sluggish kinetics of sulfur conversion, slow Na⁺ transport, and interfacial instability at low temperatures pose significant challenges for their operation and limit their practical application. Herein, three solvents with well-designed molecular configurations are examined. We systematically investigate the impact of chelation effect on the desolvation behavior, sulfur conversion process, ion dynamics, and Na⁺ plating/stripping behavior. Compared with conventional linear ether solvents, the incorporation of methyl groups not only weaken the chelation capability and tailors the inner solvation sheath, but also reduces the energy barrier for Na⁺ transport, thus promoting enhanced sulfur conversion kinetics under low temperature conditions. This work elucidates the relationship among solvent molecules, Na⁺ desolvation behavior, and sulfur reaction kinetics, and offers a strategy for rational design of electrolytes for low-temperature metal-sulfur batteries.
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