西南大學徐茂文教授課題組硫鈉電池研究取得重要進展

2020-11-02 小材科研

近日，國際知名期刊《Nature Communications》在線發表了西南大學材料與能源學院徐茂文教授課題組的最新研究成果「Metal chalcogenide hollow polar bipyramid prisms as efficient sulfur hosts for Na-S batteries」。該成果的第一完成單位為西南大學，博士後Muhammad Kashif Aslam為該論文的第一作者，徐茂文教授為最後通訊作者。

鈉硫電池正極硫載體材料在電池中往往發揮出關鍵作用，基於此，徐茂文教授課題組成功合成出能夠捕獲可溶性多硫化物，同時加速電化學反應的空心雙錐稜柱硫載體材料。該載體材料具有獨特的結構，其表面的分級結構和內部充足的空間一方面能夠容納硫反應過程中生成的中間產物，另一方面同時緩解了鈉離子嵌入/脫出帶來的體積膨脹。此外，該研究為進一步認識鈉硫電池充/放電過程中的可逆反應機理提供了一種系統的方法。原位/非原位實驗結果揭示了鈉硫電池的放電反應機理，證實了該載體材料（BPCS）利用其催化特性加速了電化學反應，使短鏈多硫化物直接轉換為長鏈多硫化物，減少了生成Na2S5的中間反應過程，從而表現出優異的電化學性能。

此外，DFT計算支持了多硫化物吸附機制，即表面和化學成分相互交織的金屬硫化物、硒化物和碲化物對多硫化物的吸附優於碳宿主。本研究表明，具有獨特結構的極性催化硫載體可以催化多硫化物轉化反應，同時通過化學吸附抑制穿梭效應，表現出優異的電化學性能。最後，本研究主要從鈷基催化硫載體出發，經實驗探索和計算分析得出結論，該研究方法可推廣應用於其他過渡金屬二滷化合物體系。

該研究工作得到國家自然科學基金面上項目和中央高校基本業務費課題組項目資助，理論計算部分主要由美國德克薩斯大學的Graeme Henkelman教授課題組合作完成。

來源：西南大學

論文連結：

https://www.nature.com/articles/s41467-020-19078-0#data-availability

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