Single‐Atom Vanadium Catalyst Boosting Reaction Kinetics of Polysulfides in Na–S Batteries

多硫化物 催化作用 材料科学 电催化剂 硫黄 吸附 化学工程 无机化学 多孔性 化学 电化学 电极 电解质 物理化学 有机化学 冶金 复合材料 工程类
作者
Yu Jiang,Zu‐Xi Yu,Xuefeng Zhou,Xiaolong Cheng,Huijuan Huang,Fanfan Liu,Yaxiong Yang,Shengnan He,Hongge Pan,Hai Yang,Yu Yao,Xianhong Rui,Yan Yu
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:35 (8) 被引量:84
标识
DOI:10.1002/adma.202208873
摘要

The practical application of the room-temperature sodium-sulfur (RT Na-S) batteries is hindered by the insulated sulfur, the severe shuttle effect of sodium polysulfides, and insufficient polysulfide conversion. Herein, on the basis of first principles calculations, single-atom vanadium anchored on a 3D nitrogen-doped hierarchical porous carbon matrix (denoted as 3D-PNCV) is designed and fabricated to enhance sulfur reactivity, and adsorption and catalytic conversion performance of sodium polysulfide. The 3D-PNCV host with abundant and active V sites, hierarchical porous structure, high electrical conductivity, and strong chemical adsorption/conversion ability of V-N bonding can immobilize the polysulfides and promote reversibly catalytic conversion of polysulfides toward Na2 S. Therefore, as-fabricated RT Na-S batteries can achieve a high reversible capacity (445 mAh g-1 over 800 cycles at 5 A g-1 ) and excellent rate capability (224 mAh g-1 at 10 A g-1 ). The electrocatalysis mechanism of sodium polysulfides is further experimentally and theoretically revealed, which provides a new strategy to develop the highly stable RT Na-S batteries.
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