Chemical and spatial dual-confinement engineering for stable Na-S batteries with approximately 100% capacity retention

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作者
Yong Zhang,Xinyi Guo,Qi Yang,Yuan Shao,Yadong Du,Jun Qi,Ming Zhao,Zhi‐Liang Shang,Yuhan Hao,Yongchao Tang,Ying Li,Riguang Zhang,Baojun Wang,Jieshan Qiu
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [Proceedings of the National Academy of Sciences]
卷期号:120 (48) 被引量:9
标识
DOI:10.1073/pnas.2314408120
摘要

Sodium-sulfur (Na-S) batteries are attracting intensive attention due to the merits like high energy and low cost, while the poor stability of sulfur cathode limits the further development. Here, we report a chemical and spatial dual-confinement approach to improve the stability of Na-S batteries. It refers to covalently bond sulfur to carbon at forms of C-S/N-C=S bonds with high strength for locking sulfur. Meanwhile, sulfur is examined to be S 1 -S 2 small species produced by thermally cutting S 8 large molecules followed by sealing in the confined pores of carbon materials. Hence, the sulfur cathode achieves a good stability of maintaining a high-capacity retention of 97.64% after 1000 cycles. Experimental and theoretical results show that Na + is hosted via a coordination structure (N···Na···S) without breaking the C-S bond, thus impeding the formation and dissolution of sodium polysulfide to ensure a good cycling stability. This work provides a promising method for addressing the S-triggered stability problem of Na-S batteries and other S-based batteries.
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