宁大舒杰/胡芳AFM：激光诱导石墨烯辅助水系Cu-S电池自转化反应

在水系/非水金属-硫电池中，硫基氧化还原对因其低电化学动力学、潜在穿梭效应和大体积变化而面临重大挑战。尽管已经进行了大量研究来优化或替代金属负极和正极复合材料，但是由于依赖硫基氧化还原对而引起的主要挑战仍然存在。

宁波大学舒杰、胡芳等人提出了一种新型CuS/Cu₂S氧化还原对，它通过改变离子电荷载流子的价数提供相同的理论容量（基于传统的S/S²⁻氧化还原对）。

图1 三种转化反应的物理和热力学性质

新型水系电池将继承三大优势：i) 从根本上提高理论电子电导率和转化反应的电化学动力学性能；ii) 一定程度上避免了正极大体积变化率，进一步提高了循环性能；iii) 消除了穿梭效应。

图2 电池制备

为实现高可逆性，商业上可行的激光诱导石墨烯（LIG）被制备并首次用于水系金属-硫电池。由于新型氧化还原对和LIG之间的协同作用，水系CuS/Cu₂S电池在初始循环中提供1654.9 mAh g^-1的高度可逆容量，并在328次循环后具有91.2% 的容量保持率（1509.5 mAh g^-1）。

当以2.8 A g^-1循环时，其可逆容量在410次循环后仍保持92.1%。本研究从热力学参数筛选出发，采用无硫氧化还原对提供了一种新的选择，并用密度泛函理论分析了LIG的作用机理，旨在革新水系金属-硫电池的储能机理。

图3 电化学性能

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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宁大舒杰/胡芳AFM：激光诱导石墨烯辅助水系Cu-S电池自转化反应

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