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Improving Conversion Kinetics of Sodium Polysulfides through Electron Spillover Effect with V/Co Dual‐Atomic Site Anchoring on N‐Doped MXene

材料科学 兴奋剂 动力学 氧化还原 化学工程 物理化学 化学 光电子学 物理 量子力学 冶金 工程类
作者
Ronghui Liu,Chao Feng,Pengfei Wu,Yuzhuo Sun,Zhaoqin Chu,Jingtian Hu,Wenxing Chen,Lingling Guo,Qing Huang,Degao Wang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:37 (21): e2501371-e2501371 被引量:14
标识
DOI:10.1002/adma.202501371
摘要

Abstract Room‐temperature sodium─sulfur (RT/Na─S) batteries, with a theoretical capacity of 1672 mAh g⁻ 1 , face challenges such as the insulating nature of sulfur and slow redox kinetics, particularly during complex liquid–solid (Na 2 S 4 →Na 2 S 2 ) and solid–solid (Na 2 S 2 →Na 2 S) conversions. Herein, vanadium‐cobalt (VCo) diatomic sites implanted in vacancy‐rich N‐doped MXene (VCo DACs/N‐MXene) are introduced to address these issues. The N‐bridged VCo diatomic pairs are demonstrated and their strong electronic interactions are also validated through experimental and theoretical analyses. The RT/Na─S battery with optimized VCo DACs/N‐MXene delivers an average capacity of 1255.3 mAh g⁻ 1 at 0.1 C and remarkable cycling stability, with only ≈0.001% capacity decay per cycle over 1500 cycles at 1 C. DFT calculations reveal that VCo diatomic sites enhance reaction kinetics by reducing the Gibbs free energy for polysulfide conversions, notably reducing the solid–solid conversion energy barriers from 1.17/0.96 eV for V/Co SACs/N‐MXene to 0.53 eV for VCo DACs/N‐MXene. XANES and DFT analyses attribute this improvement to a unique electron spillover effect, facilitating efficient electron transport during charge and discharge. This work highlights the potential of optimizing electronic configurations and coordinating environments to activate bidirectional kinetics with improved capacity and longevity of RT/Na─S batteries.
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