In Situ Observation of Na 2 S Growth: A Step Toward High‐Energy and Safer Room Temperature Sodium Sulfur Batteries

材料科学 阴极 共晶体系 化学工程 透射电子显微镜 电极 钠 硫黄 纳米颗粒 原位 纳米技术 电子转移 电导率 锡 原子单位 衍射 Atom(片上系统) 催化作用 阳极 无机化学 金属 动力学 氧化还原
作者
Zhen Xiong,Si Chen,Jinqing Guo,Ningyan Cheng,Shilin Zhang,Binwei Zhang,Zidong Wei,Shi‐Gang Sun,Zaiping Guo
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:38 (9): e05966-e05966 被引量:3
标识
DOI:10.1002/adma.202505966
摘要

Abstract The Na 2 S cathode presents a promising metal‐free sodium configuration for high‐energy room‐temperature sodium sulfur (RT Na─S) batteries. However, the rational design of Na 2 S cathodes to overcome their poor electronic conductivity and sluggish conversion kinetics remains a major challenge. Here, an in situ carbothermic reduction strategy is reported to fabricate atomic Mo anchored on Na 2 S/C (including single Mo atom and Mo clusters) as cathode materials for RT Na─S batteries. In situ transmission electron microscopy and X‐ray diffraction technique reveal that atomic Mo could form a low‐temperature eutectic phase, which catalytically lowers the formation temperature of Na 2 S. This Mo‐Na 2 S/C exhibits remarkable cyclic stability, achieving an initial capacity of 1617 mAh g −1 at 0.1 A g −1 and a low activation voltage of 1.89 V. Notably, when paired with hard carbon, the safe sodium full cell delivers an impressive initial reversible capacity of 952 mAh g −1 . Experimental results and theoretical calculations reveal that the atomic Mo facilitates the interfacial electron transfer between Mo and Na 2 S, which modulates the bandgap of Na 2 S and reduces its reaction barriers to polysulfide, thereby enhancing the reaction kinetics. These findings offer an effective strategy for developing high‐performance Na 2 S cathodes and provide deeper insights into electrode preparation mechanisms.
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