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大多數報道的非水系雙離子電池（DIBs）的正極通過嵌入反應承載陰離子。有必要探索新的正極化學，以提高電池的能量密度。迄今為止，過渡金屬尚未被研究用于非水系DIBs，盡管它們可能在負極轉換反應中提供高容量。

俄勒岡州立大學紀秀磊、同濟大學羅巍等證明在傳統的碳酸酯電解液（LiTFSI-EC/DEC）中，銅電極可以在3.2 V vs Li⁺/Li的情況下表現出762 mAh/g的高可逆比容量，并且循環相對穩定。

圖1. 銅-鋰電池的示意及性能

表征結果表明，Cu在充電過程中直接被氧化成Cu²⁺；然而，放電過程中經歷了兩個連續的步驟：Cu²⁺首先被還原成一價Cu⁺，然后進一步還原成金屬Cu。這里采用Cu||Li DIB進行了研究，在充電過程中，銅電極剝離為Cu²⁺，使電解液飽和，在電極上沉淀為Cu(TFSI)₂，同時，鋰被鍍在鋰負極上。在放電過程中，Cu²⁺被還原并沉積成Cu金屬，而鋰負極則在電解液中被剝離成鋰離子。

圖2. 不同SOC下的電極研究

此外，研究顯示，銅電極的運行是與陰離子電荷載體的轉移相聯系的。基于此，作者采用了陰離子交換膜，以防止Cu ²⁺從正極電解液中穿越到負極一側。此外，作者還設計了一個非平衡電解液，其中正極電解液濃度高于負極，這解決了充電過程中出現的濃度過電位問題，促進了高比容量和可逆性的提高。總之，這一發現為高能DIBs提供了一個有希望的方向。

圖3. 采用非平衡電解液的電池的性能

Reversible Copper Cathode for Nonaqueous Dual-Ion Batteries. Angewandte Chemie International Edition 2022. DOI: 10.1002/anie.202212191

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?紀秀磊/羅巍Angew：銅正極非水雙離子電池，容量達762 mAh/g！

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