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Size Effect of Organosulfur and In Situ Formed Oligomers Enables High-Utilization Na–Organosulfur Batteries
Advanced Materials ( IF 27.4 ) Pub Date : 2021-07-11 , DOI: 10.1002/adma.202100824 Shuai Tang 1 , Qiliang Chen 1 , Yubing Si 1 , Wei Guo 1 , Bingwei Mao 2 , Yongzhu Fu 1
Advanced Materials ( IF 27.4 ) Pub Date : 2021-07-11 , DOI: 10.1002/adma.202100824 Shuai Tang 1 , Qiliang Chen 1 , Yubing Si 1 , Wei Guo 1 , Bingwei Mao 2 , Yongzhu Fu 1
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Organosulfurs are promising cathode materials for rechargeable metal batteries due to their high capacities, diverse structures, and electrochemical properties. Herein, the electrochemical behavior of three organosulfur compounds, i.e., 4,4′-thiobisbenzenethiol (TBBT), 1,4-benzenedithiol (1,4-BDT), and diphenyl disulfide (DPDS), is revealed in room-temperature rechargeable sodium (Na) batteries, which show significantly improved performances when sodiated Nafion membranes are used. Large oligomers of organosulfur can be formed during charging, and they are readily blocked by the nanosized ion-conducting clusters in the Nafion membrane. In addition, large organosulfur monomers can also be blocked. Only 5.4% of TBBT diffuses through the Nafion membrane after 800 h. The Na|TBBT cell sustains 77% of the theoretical capacity after 300 cycles (2420 h). Moreover, the Na|TBBT redox flow cell shows promising rechargeability. Due to the medium molecular size, the organosulfur oligomers are expected to provide a new avenue to develop high-capacity chalcogen cathodes, besides inorganic S and S-containing polymers.
中文翻译：
有机硫的尺寸效应和原位形成的低聚物使高利用率的钠-有机硫电池成为可能
有机硫由于其高容量、多样的结构和电化学性能而成为可充电金属电池的有前途的正极材料。在此，揭示了三种有机硫化合物，即 4,4'-硫代双苯硫醇 (TBBT)、1,4-苯二硫醇 (1,4-BDT) 和二苯二硫醚 (DPDS) 在室温可充电钠中的电化学行为。 (Na) 电池，当使用钠化 Nafion 膜时，其性能显着提高。充电过程中会形成大的有机硫低聚物，它们很容易被 Nafion 膜中的纳米级离子导电簇阻挡。此外，还可以封闭大的有机硫单体。800 小时后只有 5.4% 的 TBBT 通过 Nafion 膜扩散。Na|TBBT 电池在 300 次循环（2420 小时）后仍保持理论容量的 77%。此外，Na|TBBT 氧化还原流通池显示出良好的可充电性。由于中等分子尺寸，除了无机硫和含硫聚合物外，有机硫低聚物有望为开发高容量硫属元素正极提供新的途径。
更新日期：2021-08-17
中文翻译：
有机硫的尺寸效应和原位形成的低聚物使高利用率的钠-有机硫电池成为可能
有机硫由于其高容量、多样的结构和电化学性能而成为可充电金属电池的有前途的正极材料。在此，揭示了三种有机硫化合物，即 4,4'-硫代双苯硫醇 (TBBT)、1,4-苯二硫醇 (1,4-BDT) 和二苯二硫醚 (DPDS) 在室温可充电钠中的电化学行为。 (Na) 电池，当使用钠化 Nafion 膜时，其性能显着提高。充电过程中会形成大的有机硫低聚物，它们很容易被 Nafion 膜中的纳米级离子导电簇阻挡。此外，还可以封闭大的有机硫单体。800 小时后只有 5.4% 的 TBBT 通过 Nafion 膜扩散。Na|TBBT 电池在 300 次循环（2420 小时）后仍保持理论容量的 77%。此外，Na|TBBT 氧化还原流通池显示出良好的可充电性。由于中等分子尺寸，除了无机硫和含硫聚合物外，有机硫低聚物有望为开发高容量硫属元素正极提供新的途径。
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