乔世璋/王海辉Nat. Commun.：室温钠硫电池循环10000次！

在二次金属硫电池中，在硫正极中电沉积金属硫化物可减轻多硫化物的穿梭效应，从而实现高库仑效率。然而，对金属硫化物电沉积及其动力学机理的基本认识仍然有限。

澳大利亚阿德莱德大学乔世璋、清华大学王海辉等使用室温钠硫电池作为模型系统，报道了一种Mo₅N₆电催化剂材料，该材料能够实现高效的Na₂S电沉积，并提高Na-S电池的性能。

图1 室温Na-S电池中氮化钼的电化学特性

Mo₅N₆电催化剂能显著催化Na₂S电沉积，从而使Na-S电池在1675 mA g^-1的特定电流下实现512 mAh g^-1的初始放电容量，并且循环10,000次后的最终放电容量为186 mAh g^-1。

进一步通过同步辐射表征、电沉积速率测量和密度泛函理论计算的合理结合，作者通过将Na₂S电沉积中的外部几何结构与内部反应能量联系起来，对Mo₅N₆催化剂进行了评估。

图2 室温Na-S电池中硫还原反应的总体动力学

实验数据和理论计算表明，高d带位置导致Mo₅N₆的低Na₂S₂解离自由能，这促进了Na₂S电沉积，从而有利于电池长期循环性能。对金属硫化物电沉积机理的这一理解将为高效金属-硫电池的合理设计提供基础。

在合理设计电极材料以加速可持续能源存储和转换中的应用方面，这些发现将对广泛的研究人员产生直接的兴趣和实际利益。

图3 Na₂S电沉积的动力学研究

A Mo5N6 electrocatalyst for efficient Na2S electrodeposition in room-temperature sodium-sulfur batteries. Nature Communications 2021. DOI: 10.1038/s41467-021-27551-7

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