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First-Principles Investigation on Multi-Sodium Sulfide and Sodium Sulfide Clusters in Sodium-Sulfide Batteries

硫化物 硫化钠 化学 催化作用 多硫化物 无机化学 硫黄 肿胀 的 化学工程 电解质 电极 物理化学 有机化学 工程类
作者
Pangyu Zhang,Jianbao Wu,Xiaoli Jiang,Lei Jiang,Shuhan Lu,Xinxin Zhao,Zhixiang Yin
出处
期刊:Journal of The Electrochemical Society [Institute of Physics]
卷期号:170 (6): 060547-060547
标识
DOI:10.1149/1945-7111/ace083
摘要

Room temperature sodium-sulfur batteries are expected to be widely used in large energy storage and power batteries due to their high energy density, abundant resources, and low price. However, shuttle effect of polysulfide, low reactivity of the end product, low activity of sodium sulfide, and electrode swelling are the main challenges. In order to improve the low sodium sulfide reaction performance and electrode swelling, the volume swelling of the final product sodium sulfide can be well controlled by using sodium sulfide directly as the cathode, and a special cathode structure was developed to overcome the “inert” problem of Na 2 S. Nevertheless, the structure, relative stability and electronic properties of (Na 2 S) n clusters are still uncertain so far, which is a necessary prerequisite for optimizing their properties and understanding their partitioning processes. In this paper, theoretical calculations of (Na 2 S) n clusters were performed to investigate the catalytic decomposition of sodium sulfide by mono-atomic catalysts, giving the energy distribution of sodium ions diffusing over FeN 4 and FeN 2 . Together, these calculations confirm the high coordination design of mono-atomic Fe–N–C catalysts with high sulfur affinity and catalytic activity. Our work is an important step toward understanding (Na 2 S) n clusters and improving the performance of Na–S cells.
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