Unraveling the Reaction Mechanism of Sulfur Cathode in All-Solid-State Sodium-Sulfur Batteries via Spectroscopic and Theoretical Investigation

硫黄 阴极 机制(生物学) 固态 化学 材料科学 无机化学 物理化学 有机化学 物理 量子力学
作者
Tongtai Ji,Qingsong Tu,Deyu Lu,Dominik Wierzbicki,Yonghua Du,Vincent Plisson,Ying Wang,Jiwei Wang,Ken Burch,Hongli Zhu
标识
DOI:10.26434/chemrxiv-2024-jlhkm
摘要

The investigation of all-solid-state sodium-sulfur batteries (ASSSBs) is in the early stage, where the intermediates and mechanism of the complex 16-electron conversion reaction of the sulfur cathode are still unclear. Herein, this study for the first time presents a comprehensive investigation of the sulfur reaction mechanism in ASSSBs by combining electrochemical measurements, ex-situ synchrotron X-ray absorption spectroscopy (XAS), in-situ Raman spectroscopy, and first-principles calculations. Based on the thermodynamic mechanism, the sulfur cathode undergoes a three-step solid-solid redox reaction, with S8 first reducing to Na2S5 and Na2S4, then to Na2S2, and finally to Na2S, resulting in a three-plateau voltage profile. However, under kinetic limitations, the Na2S2 phase is skipped, leading to a direct conversion from Na2S4 to Na2S and a two-plateau voltage profile. First-principles calculations reveal that the formation energy of Na2S2 is only 4 meV/atom lower than the two-phase equilibrium of Na2S4 and Na2S, explaining its absence under conventional cycling conditions. This work clarified the thermodynamic and kinetic limited pathways of the 16-electron conversion reaction of the sulfur cathode in ASSSBs, thereby facilitating the development of high-performance ASSSBs.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
更新
PDF的下载单位、IP信息已删除 (2025-6-4)

科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
伶俐皮卡丘完成签到,获得积分10
刚刚
务实鞅完成签到 ,获得积分10
刚刚
刚刚
科研小呆瓜完成签到,获得积分10
刚刚
拾寒完成签到,获得积分10
刚刚
等待冰枫完成签到 ,获得积分10
刚刚
芒果发布了新的文献求助10
刚刚
刚刚
1秒前
1秒前
昊天月完成签到,获得积分10
1秒前
2秒前
九一发布了新的文献求助10
2秒前
筱xiao完成签到,获得积分10
2秒前
3秒前
ruqinmq完成签到,获得积分10
3秒前
研友_8o5V2n发布了新的文献求助10
4秒前
zzs完成签到 ,获得积分10
4秒前
柏树完成签到,获得积分10
4秒前
佳宝完成签到,获得积分10
4秒前
木棉哆哆完成签到 ,获得积分10
4秒前
Morningstar完成签到,获得积分10
4秒前
任伟超完成签到,获得积分10
5秒前
5秒前
6秒前
wlscj应助HAHA采纳,获得20
6秒前
zz完成签到,获得积分10
6秒前
酷波er应助阜睿采纳,获得10
6秒前
月光疾风完成签到,获得积分10
6秒前
yolanda发布了新的文献求助30
7秒前
浮生六记完成签到 ,获得积分10
7秒前
归海子轩完成签到 ,获得积分10
7秒前
芳芳完成签到,获得积分10
8秒前
酱啊油完成签到,获得积分10
8秒前
rainny发布了新的文献求助10
8秒前
ding应助yy采纳,获得10
8秒前
落霞完成签到,获得积分10
9秒前
思源应助yo一天采纳,获得10
9秒前
Atom完成签到,获得积分10
9秒前
Sau1完成签到,获得积分10
9秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Vertébrés continentaux du Crétacé supérieur de Provence (Sud-Est de la France) 600
A complete Carnosaur Skeleton From Zigong, Sichuan- Yangchuanosaurus Hepingensis 四川自贡一完整肉食龙化石-和平永川龙 600
Elle ou lui ? Histoire des transsexuels en France 500
FUNDAMENTAL STUDY OF ADAPTIVE CONTROL SYSTEMS 500
微纳米加工技术及其应用 500
Nanoelectronics and Information Technology: Advanced Electronic Materials and Novel Devices 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 工程类 有机化学 生物化学 物理 纳米技术 计算机科学 内科学 化学工程 复合材料 物理化学 基因 遗传学 催化作用 冶金 量子力学 光电子学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 5315937
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 4458488
关于积分的说明 13870596
捐赠科研通 4348245
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2388169
邀请新用户注册赠送积分活动 1382240
关于科研通互助平台的介绍 1351627