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西南大學/悉尼科大/麻省理工Nat. Commun.：Fe3N/碳復合電催化劑有效調(diào)節(jié)鈉硫電池多硫化物

室溫鈉硫電池的實際應用受到硫利用率低、倍率能力不足和循環(huán)性能差的阻礙。

西南大學徐茂文、悉尼科技大學汪國秀、麻省理工學院Yuming Chen等提出了一種基于N摻雜多層碳網(wǎng)絡(luò)(NMCN)的高效Fe₃N催化劑，該催化劑能夠為先進的Na-S電池實現(xiàn)多硫化鈉（NaPSs）的強吸附和快速解離。

圖1 Fe₃N-NMCN和S@Fe₃N-NMCN的表征

具有大比表面積和分級孔隙的N摻雜多層碳網(wǎng)絡(luò)確保了高硫的實施。由于N摻雜的多孔結(jié)構(gòu)和額外的化學吸附位點，N摻雜的基體還提供了必要的物理吸附。同時，多層碳網(wǎng)絡(luò)很好地抑制了硫的團聚和體積膨脹。

除了上述優(yōu)點外，這種結(jié)構(gòu)最重要的優(yōu)點是負載的Fe₃N量子點，它通過Na-N和Fe-S鍵對多硫化物表現(xiàn)出很強的親和力。負載有Fe₃N量子點的工程化多層碳網(wǎng)絡(luò)可有效抑制NaPSs的穿梭并促進其轉(zhuǎn)化。

圖2 NaPSs和Fe₃N-NMCN之間的相互作用

因此，所制備的正極即使在硫負載為85wt.%的情況下仍可提供高可逆容量（1165.9 mA h g^?1 at 167.5 mA g^?1）、優(yōu)異的倍率性能（658.4 mA h g^?1 at 16750 mA g^?1）以及穩(wěn)定的循環(huán)性能（2800次循環(huán)）。

最值得注意的是，該正極可以用作自支撐電極，F(xiàn)e₃N-NMCN主體也可以擴展到其他多電子氧化還原材料。這項工作不僅闡明了提高性能的潛在機制，而且還提供了設(shè)計高性能Na-S電池的策略。除了在這項工作中確定的Fe₃N之外，作者預計可以探索許多其他氮化物作為 Na-S電池的催化劑材料。

圖3 Na-S@Fe₃N-NMCN電池的電化學儲能性能

A Fe3N/carbon composite electrocatalyst for effective polysulfides regulation in room-temperature Na-S batteries. Nature Communications 2021. DOI: 10.1038/s41467-021-26631-y.

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