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Sodium‐Sulfur Batteries with Unprecedented Capacity, Cycling Stability and Operation Temperature Range Enabled by a CoFe2O4 Catalytic Additive Under an External Magnetic Field

材料科学 电化学 极化(电化学) 铁磁性 催化作用 阴极 吸附 硫黄 磁铁 阳极 离子 磁场 化学工程 电极 物理化学 磁化 化学 物理 工程类 量子力学 生物化学 有机化学 冶金
作者
Chaoyue Zhang,Li Gong,Chaoqi Zhang,Cheng Xu,Ll. Balcells,Guifang Zeng,Jordi Jacas Biendicho,Junshan Li,Geng Zhi Sun,Jinyuan Zhou,Andreu Cabot
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:33 (48) 被引量:14
标识
DOI:10.1002/adfm.202305908
摘要

Abstract The electrochemical performance of room‐temperature sodium‐sulfur batteries (SSBs) is limited by slow reaction kinetics and sulfur loss in the form of sodium polysulfides (SPSs). Here, it is demonstrated that through electron spin polarization, at no additional energy cost, an external magnetic field (M on) generated by a permanent magnet can significantly improve the SPSs adsorption capacity and reaction dynamics of a ferrimagnetic sulfur host. More specifically, the preparation of a carbon nanofiber/CoFe 2 O 4 /S (CNF/CoFe 2 O 4 /S) cathode with unprecedented performance and stability at ambient temperature is detailed when M on. It is experimentally and theoretically demonstrated that the magnetic field polarizes the electrons of Co ions, enhancing the adsorption of SPSs and their catalytic conversion. CNF/CoFe 2 O 4 /S cathodes with spin polarization provide unprecedented decay rates down to 0.0039% per cycle at 1.0 C for 2700 cycles. The performance of SSBs is further tested, which has 248 mAh g −1 under 1.0 C after 100 cycles when M on. Furthermore, it is evidenced that even when removing the external magnetic field, the magnetic polarization effect persists, opening the door for practical applications. This study not only demonstrates an effective strategy to improve electrochemical performance in SSBs, but also contributes to the enrichments of spin effects in the fields of electrocatalysis.
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