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鋰硫（Li||S）電池由于S正極的高理論容量和低成本，以及鋰金屬負極的低氧化還原電位（相對于標準氫電極為-3.04V），被認為是有前途的下一代電池之一。然而，從S到Li₂S的S還原反應導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，南開大學牛志強教授團隊通過電解質解耦策略設計了高能Li||S混合電池。在正極中，S電極在Cu²⁺基水性電解質中經歷從S到Cu₂S的固體-固體轉化反應，并進行四電子轉移。

這種儲能機制有助于增強S電極的電化學性能，包括高放電電勢和容量、優異的倍率性能和穩定的循環行為。結果顯示，組裝的Li||S混合電池表現出3.4V的高放電電壓和2.3Ahg^-1的令人滿意的容量，有助于實現優異的能量密度。

圖1. 電化學性能

總之，該工作通過匹配含Cu²⁺離子的水電解質中的S正極和含Li離子的有機電解質的Li負極，實現了高能水/有機Li||S混合電池。在含Cu²⁺離子的水電解質中，S正極表現出固-固S/Cu₂S轉變機制。

與傳統的S/Li₂S轉變相比，Cu²⁺離子與S電極間的相互作用顯著提高S電極的電化學性能，包括大的可逆容量、高的氧化還原電位、優異的倍率性能和穩定的循環性能。因此Li||S混合動力電池與去耦電解質組裝，可提供一個3.4V的高放電電壓和2.3Ah g^-1的容量。因此，該項工作將拓寬Li||S電池的視野，為高能電池的設計鋪平道路。

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

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?南開牛志強Angew：Cu2+氧化還原電荷載體實現高能水/有機混合電池

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