室溫鈉硫（RT Na-S）電池，由于硫正極材料的高理論比容量以及豐富的自然儲存量等優(yōu)勢近年來備受關(guān)注。但是由于硫的導(dǎo)電性差，多硫化鈉在電解液中溶解穿梭等問題的存在，導(dǎo)致RT Na-S電池容量衰減快、庫侖效率低、自放電嚴(yán)重，限制了RT Na-S電池的實際應(yīng)用。

近年來，已有大量報道采用硫/碳復(fù)合材料作為RT Na-S電池正極，以提高電極導(dǎo)電性和抑制多硫化物的溶解問題，但多硫化物的形成及其導(dǎo)致的容量衰減仍然是RT Na-S電池研究開發(fā)的挑戰(zhàn)。理論上，以Na2S為反應(yīng)產(chǎn)物，且不形成多硫化物的一步Na-S反應(yīng)將會是RT Na-S電池設(shè)計，不僅會獲得高比容量和長循環(huán)壽命，還能極大地改善自放電。

南京理工大學(xué)夏暉、蘇州大學(xué)晏成林及合作者針對這一問題利用超微孔限域?qū)崿F(xiàn)了一步反應(yīng)的RT Na-S電池。研究發(fā)現(xiàn)：當(dāng)S以小硫分子形式進(jìn)入碳微孔后，由于微孔的幾何尺寸限域，只有二維結(jié)構(gòu)的Na2S分子可以在~0.5 nm微孔中形成，從而實現(xiàn)了一步反應(yīng)。相關(guān)結(jié)果發(fā)表在Advanced Science（DOI: 10.1002/advs.201903246）上。夏老師實驗室使用我公司的產(chǎn)品有箱式爐，管式爐，行星式球磨機(jī)。

研究者以咖啡渣為原材料，在經(jīng)碳化、活化處理后得到以~0.5nm狹縫型超微孔為主體的多孔碳材料。以該碳材料作為硫的載體，在負(fù)載40wt%的硫單質(zhì)（ACC-40S）時，硫單質(zhì)主要以小硫分子（S2-4）的形式進(jìn)入超微孔內(nèi)部。將該硫碳復(fù)合材料應(yīng)用于RT Na-S電池，通過原位紫外測試（In situ UV-vis spectrometer Measurements）以及密度泛函理論（DFT）計算的輔助證明，在整個充放電過程中，多硫化物中間產(chǎn)物的形成被抑制，該體系僅有一個反應(yīng)產(chǎn)物出現(xiàn)即：Na2S。計算結(jié)果表明，當(dāng)微孔尺寸小于0.75 nm時，即使是最小的多硫化物Na2S2分子的形成也是熱力學(xué)不穩(wěn)定的，只有二維分子結(jié)構(gòu)的Na2S分子可以自由形成，說明利用微孔限域可以有效實現(xiàn)從S單質(zhì)到Na2S的一步反應(yīng)。該反應(yīng)機(jī)制使得ACC-40S電極在RT Na-S電池中，在0.1C電流密度下，獲得1492mAh g-1的高可逆比容量和長循環(huán)壽命（2000次循環(huán)后95%容量保持率 ）。更為重要的是，采用ACC-40S電極的RT Na-S電池也表現(xiàn)出極低的自放電，其容量日衰減率僅為0.17%，使其在大規(guī)模儲能中具有潛在的應(yīng)用前景。

本工作為室溫鈉硫電池硫正極多孔碳載體材料的設(shè)計提供了新思路，為抑制多硫化物形成，特別是微孔限域策略提供了理論依據(jù)。