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?寧波大學舒杰PNAS：定制短鏈硫分子以驅(qū)動硫基水系電池的氧化還原動力學

與傳統(tǒng)的環(huán)狀S₈分子相比，短鏈硫分子因其高效的氧化還原路線而顯示出更高的電化學反應(yīng)活性。因此，它們可被視為固-固氧化還原反應(yīng)中理想的活性材料。

在此，寧波大學舒杰教授團隊在熱力學分析的指導下，利用空間限域原理成功合成了短鏈硫分子（S_2-4）。

與傳統(tǒng)環(huán)狀S₈分子復雜的固-固反應(yīng)路線不同，短鏈硫分子不僅縮短了氧化還原鏈的長度，而且抑制了不可逆中間產(chǎn)物的形成，帶來了優(yōu)異的氧化還原動力學和可逆性。因此，由短鏈硫分子構(gòu)建的Cu-S 電池可提供3,133 mAh g^-1的高可逆容量。

圖1. 短鏈硫分子的電化學行為

總之，該工作證明了通過空間限制域制備短鏈硫分子的可行性，并報告了其作為水系Cu-S 電池正極材料的優(yōu)越性。

與環(huán)狀 S₈ 分子相比，短鏈 S_2-4 分子有利于硫正極的完全氧化還原反應(yīng)，在反應(yīng)過程中不會產(chǎn)生電化學惰性中間產(chǎn)物，從而避免了硫成分的損失，提高了水系 Cu-S 電池的循環(huán)穩(wěn)定性。

此外，短鏈硫分子構(gòu)建的柔性電池也顯示出優(yōu)于大多數(shù)傳統(tǒng)硫電池的性能，證明了其作為實用儲能系統(tǒng)的潛力。考慮到合成工藝的便利性和經(jīng)濟性，短鏈硫分子的出現(xiàn)將促進高性能硫基水系電池的發(fā)展。

圖2. 短鏈硫分子構(gòu)建的準固態(tài)柔性Cu-S電池

Tailoring short-chain sulfur molecules to drive redox dynamics for sulfur-based aqueous battery, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 2023 DOI: 10.1073/pnas.2307646120

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