晁栋梁教授JACS综述: 硫基水系电池：电化学和策略

硫基水系电池 (SAB) 具有高理论容量 (1672 mAh g^-1)、兼容的潜力和低成本而引起了广泛。尽管如此，SAB 的潜在电化学机制仍不清楚，包括复杂的热力学演变和动力学指标。

为此，复旦大学晁栋梁教授等人建立了一种从理论到应用的方法论，考虑了SAB 的电化学理论、当前问题、优化策略和适用设备。对当前SAB的相关电化学，包括热力学演化、动力学指标和氧化还原路线进行了严格分析，它们实际上是相互关联的。

因此，建议采用协同策略来应对窄电化学稳定窗口（ESW）、不可逆的热力学反应、动力学不足以及器件级问题。pH 调节、氧化还原耦合、活性调节、电解液优化、膜工程和电极改性应协同考虑来应对氧化还原液流SAB、氧化物SAB和金属SAB中存在的挑战。

图1. SAB的优势和劣势总结

在未来高性能SAB的设计中，作者建议在以下几个方面进行：

（1）进一步表征基础热力学参数和动力学指标，确认SAB中速率决定步骤；

（2）构建完善化学辅助电化学理论；

（3）阐明化学结构-功能关系，特别是电极和膜上的多孔结构控制；

（4）开发基于半导体化学的活性材料和催化剂的带隙可调异质结，以提高导电性和亲和力；

（5）从内在和外在扩展S-S氧化还原。

图2. SAB的问题到策略

Sulfur-Based Aqueous Batteries: Electrochemistry and Strategies, Journal of the American Chemical Society 2021. DOI: 10.1021/jacs.1c06923

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