Na-S电池中可溶的Na₂S_n（4≤n≤8）的生成导致电池展示较弱的循环性能，同时生成的不可溶的Na₂S_n（2≤n<4）生成导致缓慢的反应动力学过程，并且在充电完成之前终止反应。南京科技大学夏晖、苏州能源与材料创新研究所晏成林等报道了超微孔咖啡碳（ultramicroporous coffee carbon，ACC）产生的咖啡渣负载硫分子（S_2-4）在Na-S电池的阳极中的应用，通过第一性原理计算结果显示，超微孔结构的限域作用能够抑制生成Na₂S_n（2≤n≤8），通过原位的UVVIS方法，对Na-S电池的单步反应过程进行研究，结果显示Na₂S是电池反应的唯一产物，没有Na₂S_n产生。负载40 % S的超微孔碳材料展现了非常高的循环性能，在0.1 C（1 C=1675 mA g^-1）达到1492 mAh g^-1容量。在1 C速率循环过程中，电池显示在2000次循环过程中没有明显的活性降低，说明电池的循环性能优秀。这种具备优秀循环性能和稳定性的电池中的超微孔限域效果可能在将来用于Na-S电池。

本文要点：

（1）碳-硫电极材料制备。将咖啡渣在KOH中活化处理，随后在Ar气氛中煅烧，得到超微孔碳材料。随后通过传统的熔融-扩散方法（melting-diffusion）将硫粉分散到微孔碳中：在煅烧过程开始时，较低的温度能够使硫均匀扩散到碳的微孔中，随后提高温度后S₈分子分解变为S_2-4物种，并扩散到超小的微孔中。超小的孔限域了S_2-4分子的运动，并抑制了重新形成S₈过程。作者通过计算，认为将微孔的粒径控制在0.7 nm范围内，能够实现S_2-4控制限域在微孔中。

（2）电化学测试。通过不同速率的速度进行循环伏安扫描（0.1, 0.3, 0.5, 1 mV s^-1），结果显示速率提高，还原峰向低电压区域移动，氧化峰向高电压移动，说明高速率测试中极性更高。对不同硫负载量（40 %~80 %）的碳基底进行电池性能测试，过多的S无法进入微孔中，而分布在微孔外，因此提高了S负载量，电池的性能有降低。作者通过计算方法对限域作用对电池性能的改善作用进行探索，结果显示Na₂S分子限域在微孔中改善了电荷传输性能，提高了反应活性。

参考文献

Qiubo Guo; Shuang Li; Xuejun Liu; Haochen Lu; Xiaoqing Chang; Hongshen Zhang; Xiaohui Zhu; Qiuying Xia; Chenglin Yan*; Hui Xia*

Ultrastable Sodium–Sulfur Batteries without Polysulfides Formation Using Slit Ultramicropore Carbon Carrier，Adv Sci 2020,

DOI: 10.1002/advs.201903246

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.201903246