Symmetry‐Engineered Carbon Scaffold for Interface‐First Sodium‐Sulfur Batteries

过电位 多硫化物 材料科学 脚手架 成核 碳纤维 双功能 储能 枝晶(数学) 碳纳米纤维 纳米技术 化学工程 阳极 氧化还原 多孔性 动力学 纳米纤维 电极 纤维
作者
Yue Wang,Nan Zhao,Haobin Song,Yifan Li,Yangfeng Cui,Dongsheng Li,Hui Ying Yang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:37 (45): e12002-e12002 被引量:5
标识
DOI:10.1002/adma.202512002
摘要

Room-temperature sodium-sulfur (RT Na─S) batteries offer high theoretical energy density (1274 Wh kg-1) and low-cost, abundant materials, making them promising for large-scale energy storage. However, commercialization is hindered by multiple challenges: polysulfide shuttling and sluggish kinetics at the cathode, coupled with dendrite growth and interfacial failure at the anode. Here, an oxygen-doped carbon fiber (OCF) framework is designed and employed as a bifunctional host within a symmetric all-carbon-fiber cell architecture to simultaneously address these issues. The 3D porous OCF framework chemically anchors polysulfides, catalyzes their redox reactions, and guides uniform sodium nucleation/deposition. This synergy suppresses polysulfide shuttling and dendrite growth. Performance tests demonstrate an extremely low Na nucleation overpotential (27 mV at 1 mA cm-2) and stable, dendrite-free cycling exceeding 3600 h. In full Na─S cells, this design delivers a specific capacity of 753 mAh g-1 after 200 cycles at 0.2 C, retains ≈85% capacity after 2000 cycles at 0.5 C, and exhibits excellent rate performance (5 C). Mechanistic studies reveal OCF enhances Na⁺ transport and interfacial kinetic stability. This work presents a generalizable, interface-first design paradigm for safe, long-lasting, low-cost Na─S batteries free from shuttling and dendrites.
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