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在水系/非水金屬-硫電池中，硫基氧化還原對因其低電化學動力學、潛在穿梭效應和大體積變化而面臨重大挑戰。盡管已經進行了大量研究來優化或替代金屬負極和正極復合材料，但是由于依賴硫基氧化還原對而引起的主要挑戰仍然存在。

寧波大學舒杰、胡芳等人提出了一種新型CuS/Cu₂S氧化還原對，它通過改變離子電荷載流子的價數提供相同的理論容量（基于傳統的S/S^2?氧化還原對）。

圖1 三種轉化反應的物理和熱力學性質

新型水系電池將繼承三大優勢：i) 從根本上提高理論電子電導率和轉化反應的電化學動力學性能；ii) 一定程度上避免了正極大體積變化率，進一步提高了循環性能；iii) 消除了穿梭效應。

圖2 電池制備

為實現高可逆性，商業上可行的激光誘導石墨烯（LIG）被制備并首次用于水系金屬-硫電池。由于新型氧化還原對和LIG之間的協同作用，水系CuS/Cu₂S電池在初始循環中提供1654.9 mAh g^-1的高度可逆容量，并在328次循環后具有91.2% 的容量保持率（1509.5 mAh g^-1）。

當以2.8 A g^-1循環時，其可逆容量在410次循環后仍保持92.1%。本研究從熱力學參數篩選出發，采用無硫氧化還原對提供了一種新的選擇，并用密度泛函理論分析了LIG的作用機理，旨在革新水系金屬-硫電池的儲能機理。

圖3 電化學性能

Laser-Induced Graphene Assisting Self-Conversion Reaction for Sulfur-Free Aqueous Cu-S Battery. Advanced Functional Materials 2021. DOI: 10.1002/adfm.202103893

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寧大舒杰/胡芳AFM：激光誘導石墨烯輔助水系Cu-S電池自轉化反應

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