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硫基水系電池 (SAB) 具有高理論容量 (1672 mAh g^-1)、兼容的潛力和低成本而引起了廣泛。盡管如此，SAB 的潛在電化學(xué)機(jī)制仍不清楚，包括復(fù)雜的熱力學(xué)演變和動(dòng)力學(xué)指標(biāo)。

為此，復(fù)旦大學(xué)晁棟梁教授等人建立了一種從理論到應(yīng)用的方法論，考慮了SAB 的電化學(xué)理論、當(dāng)前問(wèn)題、優(yōu)化策略和適用設(shè)備。對(duì)當(dāng)前SAB的相關(guān)電化學(xué)，包括熱力學(xué)演化、動(dòng)力學(xué)指標(biāo)和氧化還原路線進(jìn)行了嚴(yán)格分析，它們實(shí)際上是相互關(guān)聯(lián)的。

因此，建議采用協(xié)同策略來(lái)應(yīng)對(duì)窄電化學(xué)穩(wěn)定窗口（ESW）、不可逆的熱力學(xué)反應(yīng)、動(dòng)力學(xué)不足以及器件級(jí)問(wèn)題。pH 調(diào)節(jié)、氧化還原耦合、活性調(diào)節(jié)、電解液優(yōu)化、膜工程和電極改性應(yīng)協(xié)同考慮來(lái)應(yīng)對(duì)氧化還原液流SAB、氧化物SAB和金屬SAB中存在的挑戰(zhàn)。

圖1. SAB的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)總結(jié)

在未來(lái)高性能SAB的設(shè)計(jì)中，作者建議在以下幾個(gè)方面進(jìn)行：

（1）進(jìn)一步表征基礎(chǔ)熱力學(xué)參數(shù)和動(dòng)力學(xué)指標(biāo)，確認(rèn)SAB中速率決定步驟；

（2）構(gòu)建完善化學(xué)輔助電化學(xué)理論；

（3）闡明化學(xué)結(jié)構(gòu)-功能關(guān)系，特別是電極和膜上的多孔結(jié)構(gòu)控制；

（4）開(kāi)發(fā)基于半導(dǎo)體化學(xué)的活性材料和催化劑的帶隙可調(diào)異質(zhì)結(jié)，以提高導(dǎo)電性和親和力；

（5）從內(nèi)在和外在擴(kuò)展S-S氧化還原。

圖2. SAB的問(wèn)題到策略

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

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晁棟梁教授JACS綜述: 硫基水系電池：電化學(xué)和策略

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