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?南開牛志強(qiáng)Angew：Cu2+氧化還原電荷載體實(shí)現(xiàn)高能水/有機(jī)混合電池

鋰硫（Li||S）電池由于S正極的高理論容量和低成本，以及鋰金屬負(fù)極的低氧化還原電位（相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)氫電極為-3.04V），被認(rèn)為是有前途的下一代電池之一。然而，從S到Li₂S的S還原反應(yīng)導(dǎo)致放電電壓和容量有限，極大地阻礙了Li||S電池的能量密度。

在此，南開大學(xué)牛志強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)通過電解質(zhì)解耦策略設(shè)計(jì)了高能Li||S混合電池。在正極中，S電極在Cu²⁺基水性電解質(zhì)中經(jīng)歷從S到Cu₂S的固體-固體轉(zhuǎn)化反應(yīng)，并進(jìn)行四電子轉(zhuǎn)移。

這種儲(chǔ)能機(jī)制有助于增強(qiáng)S電極的電化學(xué)性能，包括高放電電勢(shì)和容量、優(yōu)異的倍率性能和穩(wěn)定的循環(huán)行為。結(jié)果顯示，組裝的Li||S混合電池表現(xiàn)出3.4V的高放電電壓和2.3Ahg^-1的令人滿意的容量，有助于實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的能量密度。

圖1. 電化學(xué)性能

總之，該工作通過匹配含Cu²⁺離子的水電解質(zhì)中的S正極和含Li離子的有機(jī)電解質(zhì)的Li負(fù)極，實(shí)現(xiàn)了高能水/有機(jī)Li||S混合電池。在含Cu²⁺離子的水電解質(zhì)中，S正極表現(xiàn)出固-固S/Cu₂S轉(zhuǎn)變機(jī)制。

與傳統(tǒng)的S/Li₂S轉(zhuǎn)變相比，Cu²⁺離子與S電極間的相互作用顯著提高S電極的電化學(xué)性能，包括大的可逆容量、高的氧化還原電位、優(yōu)異的倍率性能和穩(wěn)定的循環(huán)性能。因此Li||S混合動(dòng)力電池與去耦電解質(zhì)組裝，可提供一個(gè)3.4V的高放電電壓和2.3Ah g^-1的容量。因此，該項(xiàng)工作將拓寬Li||S電池的視野，為高能電池的設(shè)計(jì)鋪平道路。

圖2. Li||S混合電池的性能

High-Energy Aqueous/Organic Hybrid Batteries Enabled by Cu2+ Redox Charge Carriers,?Angewandte Chemie International Edition?2023 DOI: 10.1002/anie.202312172

原創(chuàng)文章，作者：科研小搬磚，如若轉(zhuǎn)載，請(qǐng)注明來源華算科技，注明出處：http://m.xiubac.cn/index.php/2023/11/02/0fd8d9e258/

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