纪秀磊/罗巍Angew：铜正极非水双离子电池，容量达762 mAh/g！

大多数报道的非水系双离子电池（DIBs）的正极通过嵌入反应承载阴离子。有必要探索新的正极化学，以提高电池的能量密度。迄今为止，过渡金属尚未被研究用于非水系DIBs，尽管它们可能在负极转换反应中提供高容量。

俄勒冈州立大学纪秀磊、同济大学罗巍等证明在传统的碳酸酯电解液（LiTFSI-EC/DEC）中，铜电极可以在3.2 V vs Li⁺/Li的情况下表现出762 mAh/g的高可逆比容量，并且循环相对稳定。

图1. 铜-锂电池的示意及性能

表征结果表明，Cu在充电过程中直接被氧化成Cu²⁺；然而，放电过程中经历了两个连续的步骤：Cu²⁺首先被还原成一价Cu⁺，然后进一步还原成金属Cu。这里采用Cu||Li DIB进行了研究，在充电过程中，铜电极剥离为Cu²⁺，使电解液饱和，在电极上沉淀为Cu(TFSI)₂，同时，锂被镀在锂负极上。在放电过程中，Cu²⁺被还原并沉积成Cu金属，而锂负极则在电解液中被剥离成锂离子。

图2. 不同SOC下的电极研究

此外，研究显示，铜电极的运行是与阴离子电荷载体的转移相联系的。基于此，作者采用了阴离子交换膜，以防止Cu ²⁺从正极电解液中穿越到负极一侧。此外，作者还设计了一个非平衡电解液，其中正极电解液浓度高于负极，这解决了充电过程中出现的浓度过电位问题，促进了高比容量和可逆性的提高。总之，这一发现为高能DIBs提供了一个有希望的方向。

图3. 采用非平衡电解液的电池的性能

Reversible Copper Cathode for Nonaqueous Dual-Ion Batteries. Angewandte Chemie International Edition 2022. DOI: 10.1002/anie.202212191

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