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Cellulose nanofiber-derived carbon aerogel for advanced room-temperature sodium–sulfur batteries

Carbon Energy 2023年第1期5卷 1-15页

作者： Wu Yang Wang Yang Ren Zou Yongfa Huang Haihong Lai Zehong Chen Xinwen Peng State Key Laboratory of Pulp and Paper Engineering South China University of TechnologyGuangzhouChina

Room-temperature sodium–sulfur(RT/Na–S)batteries are regarded as promising large-scale stationary energy storage systems owing to their high energy density and low cost as well as the earth-abundant reserves of sodium and sulfur.However,the diffusion of polysulfides and sluggish kinetics of conversion reactions are still major challenges for their application.Herein,we developed a powerful and functional separator to inhibit the shuttle effect by coating a lightweight three-dimensional cellulose nanofiber-derived carbon aerogel on a glass fiber separator(denoted NSCA@GF).The hierarchical porous structures,favorable electronic conductivity,and three-dimensional interconnected network of N,S-codoped carbon aerogel endow a multifunctional separator with strong polysulfide anchoring capability and fast reaction kinetics of polysulfide conversion,which can act as the barrier layer and an expanded current collector to increase sulfur utilization.Moreover,the hetero-doped N/S sites are believed to strengthen polysulfide anchoring capability via chemisorption and accelerate the redox kinetics of polysulfide conversion,which is confirmed from experimental and theoretical results.As a result,the assembled Na–S coin cells with the NSCA@GF separator showed a high reversible capacity(788.8 mAh g^(−1) at 0.1 C after 100 cycles)and superior cycling stability(only 0.059%capacity decay per cycle over 1000 cycles at 1 C),thereby demonstrating the significant potential for application in high-performance RT/Na–S batteries.

关键词： carbon aerogel cellulose nanofiber N,S codoping redox kinetics sodium–sulfur batteries

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