Engineered Sodium Metal Anodes: Tackling Sulfur‐Derivative Challenges for Advanced Sodium–Sulfur Batteries

阳极 过电位 材料科学 电化学 硫黄 溶解 电解质 无机化学 溴化钠 成核 金属 化学工程 电极 化学 冶金 有机化学 物理化学 工程类
作者
Qing Zhao,Tiehan Mei,Yi Li,Xiaoju Lin,Yubin Niu,Jian Jiang,Maowen Xu,Yuruo Qi
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:15 (16) 被引量:4
标识
DOI:10.1002/aenm.202404901
摘要

Abstract The development of room temperature sodium–sulfur (RT Na─S) batteries has been significantly constrained by the dissolution/shuttle of sulfur‐derivatives and the instability of sodium anode. This study presents an engineered sodium metal anode (NBS), featuring sodium bromide (NaBr) along with sodiophilic components like tin metal (Sn) and sodium‐tin (Na─Sn) alloy. This configuration exhibits high plating/stripping reversibility with minimal nucleation/growth barriers in an ester‐based electrolyte, allowing stable cycling of symmetric cells at 2 mA cm⁻ 2 /2 mA h cm⁻ 2 for over 2000 h at a low overpotential of 30 mV. Importantly, the weak adsorption and reduced electron transfer towards sulfur‐derivatives, along with the facile dissociation of Na 2 S 2 /Na 2 S, effectively minimize the accumulation of sulfur‐derivatives, thereby improving the interfacial stability of the NBS electrode in sulfur‐derivatives‐involved conditions. As a result, the NBS anode endows the Na─S full cells paired with either a Co‐NMCN@S or SPAN cathode superior electrochemical performance, with the SPAN//NBS system delivering an outstanding reversible capacity of 1639.5 mA h g⁻¹ and a low degradation rate of 0.06% per cycle at 0.5C. This study elucidates the complex deposition/dissolution kinetics and interface chemistry associated with sulfur species, providing valuable insights for enhancing sodium anodes in practical RT Na─S systems.
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