Batteries sodium–soufre à température ambiante avec catholytes de polysulfure de sodium en phase liquide et électrodes en tissu de nanotubes de carbone multi-couches sans liant

La charge/décharge d'une batterie sodium–soufre (Na–S) à température ambiante implique des processus redox d'une série de polysulfures de sodium solubles en chaînes longues (Na2Sn, 4 ≤ n ≤ 8). En tirant parti de cela, une batterie Na–S à température ambiante est développée avec un catholyte de polysulfure de sodium dissous et une électrode en tissu de nanotubes de carbone multi-couches (MWCNT) sans liant. L'utilisation de polysulfure de sodium en phase liquide comme cathode non seulement permet une dispersion facile et une distribution homogène du matériau actif de soufre dans la matrice conductrice, mais fournit également une approche unique pour comprendre de manière mécaniste le système de batterie Na–S à température ambiante. Avec les produits intermédiaires (polysulfures) comme cathode de départ, les caractéristiques électrochimiques de la batterie Na–S dans la région de plateau de basse tension peuvent être facilement étudiées sans l'impact du processus de transformation du soufre élémentaire en polysulfures de sodium à chaînes longues. L'électrode en tissu MWCNT autoportante et nanostructurée dans ce système de batterie agit comme un collecteur de courant à haute surface. En comparaison avec la cathode composite classique soufre–carbone solide, la cathode de polysulfure de sodium/tissu MWCNT offre une meilleure utilisation du matériau actif et une rétention de capacité pendant le cyclage. Des études électrochimiques révèlent que la transition des polysulfures de sodium de faible ordre (ou disulfure) est principalement responsable de la diminution de capacité pendant le cyclage. Le fonctionnement des cellules avec le couple redox soufre/polysulfure de sodium dissous fournit une capacité/énergie de sortie stable.