1. Chem. Soc. Rev.: 二維鉍在能源領(lǐng)域的應(yīng)用
石墨烯的成功剝離，為二維材料的高性能應(yīng)用打開(kāi)了廣闊的前景。其中，二維鉍（Bi）材料由于其獨(dú)特的性能，可用于節(jié)能、能源存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)換器件的制造。最大體隙（甚至大于錫和銻的體隙）也使得使2D Bi成為構(gòu)建室溫拓?fù)浣^緣體的最有希望的材料。此外，二維Bi電催化劑在高性能鈉離子電池領(lǐng)域，起到增強(qiáng)循環(huán)壽命，提高電化學(xué)活性的重要作用。同樣，二維Bi的空氣穩(wěn)定性優(yōu)于硅烯，鍺烯，磷烯和砷烯，這可以使其在更多的實(shí)際應(yīng)用成為可能。南京理工大學(xué)的曾海波，Shengli Zhang和南洋理工大學(xué)Martin Pumera團(tuán)隊(duì)旨在徹底探索2D Bi的基本原理及其制備方法的優(yōu)化，以進(jìn)一步彌合能源應(yīng)用中理論預(yù)測(cè)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果之間的差距。本文首先介紹了2D Bi在2D材料中的地位，然后介紹其固有特性以及各種制備方法。可以預(yù)見(jiàn)，2D Bi對(duì)高性能器件的巨大影響，將為能源科學(xué)添加新的支柱。此外，在最近對(duì)其他2D材料的莫爾超晶格的開(kāi)創(chuàng)性研究的背景下，鉍制備技術(shù)的優(yōu)化及其獨(dú)特的性能甚至可能使2D Bi在未來(lái)與能源有關(guān)的旋子學(xué)中發(fā)揮重要作用。
Advancesof 2D bismuth in energy sciences，Chem. Soc. Rev., 2019https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/cs/c9cs00551j#!divAbstract
2. EES：操縱離子遷移動(dòng)力學(xué)和界面穩(wěn)定性助力高性能鋅負(fù)極
由于鋅資源豐富、安全性高、成本低，水系鋅離子電池被認(rèn)為是替代鋰離子電池進(jìn)行大規(guī)模儲(chǔ)能的最佳選擇之一。近年來(lái)，雖然在正極側(cè)的設(shè)計(jì)和創(chuàng)新方面取得了很大的進(jìn)展，但對(duì)鋅金屬負(fù)極的探索和對(duì)Zn2+遷移及沉積動(dòng)力學(xué)的深入分析卻很少。基于此，中南大學(xué)周江教授團(tuán)隊(duì)結(jié)合三維（3D）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和界面功能策略，通過(guò)在表面原位沉積Zn(OH)42?制備了三維（3D）納米多孔ZnO凃覆Zn板（Zn@ZnO-3D）改性的新型Zn負(fù)極。得益于這種新穎的結(jié)構(gòu)，通過(guò)對(duì)Zn2+的靜電吸引而不是在雙電層中的水合層，可以加速Zn2+遷移和沉積的動(dòng)力學(xué)（僅42.4 mV的成核電勢(shì)，裸露的Zn為66.9 mV，電荷轉(zhuǎn)移電阻由1240Ω降為292.7 Ω），降低去溶劑化的能耗，并抑制氫的生成。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，它可以獲得99.55％的平均鋅利用率和1000個(gè)循環(huán)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。同時(shí)，Zn@ZnO-3D/MnO2全電池在0.5 A g?1的條件下經(jīng)過(guò)500次循環(huán)后可提供近100％的容量保持率，比容量為212.9 mAh g?1。通過(guò)對(duì)鋅金屬動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)性質(zhì)的機(jī)理研究以及對(duì)結(jié)構(gòu)-界面-功能關(guān)系的理解，對(duì)設(shè)計(jì)水性體系中的其他金屬負(fù)極可以起到一定的啟發(fā)作用。
XuesongXie, Shuquan Liang, Jiawei Gao, Shan Guo, Jiabao Guo, Chao Wang, Guiyin Xu,Xianwen Wu, Gen Chen, Jiang Zhou. Manipulating the Ion-Transference Kineticsand Interface Stability for High-Performance Zinc Metal Anode. Energy &Environmental Science, 2020.https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/ee/c9ee03545a#!divAbstract
3. AFM：鋰負(fù)極上原位制備COF薄膜作為抗鋰枝晶穿刺的人造固體電解質(zhì)中間層
金屬鋰由于其高理論容量和低電化學(xué)電位而被認(rèn)為是高能量密度電池最有前景的負(fù)極材料。然而，由于鋰離子沉積不均勻和固體電解質(zhì)間相（SEI）的不穩(wěn)定性，導(dǎo)致鋰枝晶生長(zhǎng)相關(guān)的安全問(wèn)題從而阻礙了鋰負(fù)極的商業(yè)化。近日，中山大學(xué)黃盛、孟躍中等人在Li負(fù)極（COF-Li）上原位制備了10nm的共價(jià)有機(jī)骨架（COF）薄膜，并將其用作人工SEI層，以實(shí)現(xiàn)Li電鍍/剝離的穩(wěn)定和Li枝晶的抑制。COF中豐富的微孔結(jié)構(gòu)可以重新分布鋰離子通量，并導(dǎo)致均勻的電鍍/剝離過(guò)程。與此同時(shí)，作者通過(guò)原子力顯微鏡下的數(shù)字脈沖力模式研究了超薄COF膜在針刺過(guò)程中的超硬機(jī)械性能和力學(xué)性能，其表現(xiàn)出較高的楊氏模量（6.8 GPa），足以抵抗枝晶生長(zhǎng)。因此，在COF-Li對(duì)稱電池中，在1 mA cm?2的電流密度下能夠?qū)崿F(xiàn)400 h的穩(wěn)定循環(huán)，并且COF-Li能夠有效阻止Li-S電池中的內(nèi)部短路，以確保電池的安全。
DongdongChen, Sheng Huang, Lei Zhong, Shuanjin Wang, Min Xiao, Dongmei Han, YuezhongMeng. In Situ Preparation of Thin and Rigid COF Film on Li Anode as ArtificialSolid Electrolyte Interphase Layer Resisting Li Dendrite Puncture. AdvancedFunctional Materials. 2019DOI: 10.1002/adfm.201907717https://doi.org/10.1002/adfm.201907717
4. Angew：不易燃電解液制備高性能鉀電池
鉀離子電池具有較低的成本和大規(guī)模的儲(chǔ)能應(yīng)用前景，但其應(yīng)用的主要障礙是缺乏安全有效的電解質(zhì)。近日，澳大利亞伍倫貢大學(xué)郭再萍教授和毛建鋒研究員，證明磷酸基阻燃劑，如磷酸三乙酯，在0.9 M處與雙（氟磺酰）酰亞胺鉀作為單一溶劑，這與我們之前的理解不同，基于鋰和鈉體系，磷酸鹽不能在低濃度下工作。此外，電解液在2M處進(jìn)行了優(yōu)化，顯示出低成本、低粘度和高導(dǎo)電性的協(xié)同優(yōu)勢(shì)，以及形成均勻和堅(jiān)固的鹽衍生固體電解質(zhì)界面層，導(dǎo)致庫(kù)侖效率為99.6%的非枝晶鉀金屬電鍍/剝離，以及一個(gè)高度可逆的石墨陽(yáng)極。低濃度不可燃磷酸鹽作為唯一溶劑的成功示范，為電解液設(shè)計(jì)開(kāi)辟了一條通向安全、低成本、高性能大型電池的道路。
Sailin Liu Jianfeng Mao QingZhang, et al. An intrinsically non‐flammable electrolyte forhigh performance potassium batteries. Angew. Chem. Int. Ed., 2019.DOI: 10.1002/anie.201913174https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201913174
5. AEM: 基于聚合物電解質(zhì)和普魯士藍(lán)正極的低溫高倍率長(zhǎng)效固態(tài)鈉離子電池
采用固態(tài)聚合物電解質(zhì)來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的液態(tài)電解質(zhì)能夠從本質(zhì)上提升電池的安全性能。在本文中，西南大學(xué)的Yuruo Qi、Shujuan Bao和Maowen Xu等人通過(guò)簡(jiǎn)單環(huán)保的方法合成了一種具有高鈉離子電導(dǎo)率的聚合物電解質(zhì)薄膜PFSA-Na。這種導(dǎo)鈉聚合物電解質(zhì)在較寬的溫度范圍內(nèi)具有高離子電導(dǎo)率、良好的熱穩(wěn)定性和杰出的機(jī)械柔性。基于該聚合物電解質(zhì)薄膜和普魯士藍(lán)正極的固態(tài)鈉離子電池具有十分優(yōu)異的倍率性能，在8C下能夠?qū)崿F(xiàn)87.5mAh/g的放電比容量。在1C下循環(huán)1100周后的平均每周的容量衰減低至0.014％。此外，憑借該P(yáng)FSA-Na聚合物薄膜的本征優(yōu)勢(shì)，固態(tài)鈉離子電池在-35℃的低溫下的循環(huán)穩(wěn)定性也比使用液態(tài)電解質(zhì)的電池要好。
GuangyuanDu, Yuruo Qi、Shujuan Bao and Maowen Xu et al, Low‐Operating Temperature, High‐Rate and DurableSolid‐State Sodium‐Ion BatteryBased on Polymer Electrolyte and Prussian Blue Cathode, Advanced EnergyMaterials, 2019DOI: 10.1002/aenm.201903351https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aenm.201903351?af=R
6. EES: 用于固定式儲(chǔ)能的高度可逆中性Zn/Mn電池
錳基材料憑借其低成本、原料豐富以及環(huán)境友好等優(yōu)勢(shì)而吸引了諸多關(guān)注。然而，相變和結(jié)構(gòu)崩塌等問(wèn)題導(dǎo)致的正極材料不穩(wěn)定性嚴(yán)重限制了其在可充電池中的應(yīng)用。最近，中國(guó)科學(xué)院大連化物所的李先鋒研究員團(tuán)隊(duì)利用MnO2和可溶性的Mn(CH3COO)2（Mn(Ac)2）在中性條件下的穩(wěn)定兩電子固-液反應(yīng)成功地構(gòu)筑了一種高度可逆的中性Zn/Mn電池。與其他錳鹽如MnCl2或MnSO4等不同，Ac-的配位效應(yīng)使得Mn2+直接以MnO2的形式沉積在電極表面。與傳統(tǒng)的嵌入式反應(yīng)相比，這種溶解-沉積反應(yīng)機(jī)制完全避免了結(jié)構(gòu)畸變，使得電極穩(wěn)定性得到了顯著提升。此外，與Mn3+/Mn2+氧化還原電對(duì)相比，這種固液反應(yīng)排除了Mn3+的姜泰勒效應(yīng)對(duì)電極穩(wěn)定性的不利影響。研究人員通過(guò)構(gòu)造高度可逆的Zn/Mn液流電池證實(shí)了上述電化學(xué)穩(wěn)定性的改善狀況。在該電池中，MnO2能夠完美地在石墨纖維上沉積高達(dá)20mAh/cm2。這是目前所報(bào)道的最高容量。同時(shí)值得注意的還有，該液流電池采用的中性電解液體系規(guī)避了常規(guī)堿性電解液體系中金屬鋅的枝晶生長(zhǎng)問(wèn)題。因此，該Zn/Mn液流電池能夠在40mA/cm2的大電流密度下穩(wěn)定循環(huán)超過(guò)400周，保持高達(dá)98%的庫(kù)倫效率和78%的能量效率。這種低成本、高度可逆的穩(wěn)定Zn/Mn電池成為固定式儲(chǔ)能領(lǐng)域的有力競(jìng)爭(zhēng)者。
CongxinXie, Xianfeng Li et al, A highly reversible Neutral Zinc/Manganese Battery forStationary Energy Storage, Energy & Environmental Sciencehttps://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2020/EE/C9EE03702K#!divAbstract
7. AFM：水穩(wěn)定的O3型鈦基層狀負(fù)極用于長(zhǎng)壽命鈉離子電池
化學(xué)計(jì)量學(xué)中的層狀過(guò)渡金屬(TM)氧化物NaxMO2(M=TM)在鈉離子電池(SIBs)中顯示出了廣闊的前景；但是它們對(duì)水分極為敏感。迄今為止，大多數(shù)報(bào)道的鈦基層狀負(fù)極表現(xiàn)出P2型結(jié)構(gòu)。相反，很少有人研究O3型化合物，并且由于其Ti3+的不穩(wěn)定高于P2型，因此其合成具有挑戰(zhàn)性。近日，華中科技大學(xué)李會(huì)巧課題組成功地在SIBs中制備了具有高性能的純相高晶化的O3型Na0.73Li0.36Ti0.73O2。該材料的可逆容量為108mAh g-1，與Na/Na+相比，具有0.75 V的穩(wěn)定安全電位。原位X射線衍射表明，這種材料在Na+嵌入/脫出前后不發(fā)生任何相變，并且其體積變化接近于零，這確保了超過(guò)6000個(gè)循環(huán)周期的超長(zhǎng)壽命。重要的是，作者發(fā)現(xiàn)這種O3-Na0.73Li0.36Ti0.73O2即使浸入水中時(shí)也能夠顯示出優(yōu)異的水穩(wěn)定性，這對(duì)于SIBs中的常規(guī)層狀TM氧化物來(lái)說(shuō)都是很難的。這種層間間距小和夾層空位占有率高是水穩(wěn)定性能高的重要保證。
YangCao, Qing Zhang, Yaqing Wei, Yanpeng Guo, Zewen Zhang, William Huang, KaiweiYang, Weihua Chen, Tianyou Zhai, Huiqiao Li, Yi Cui. A Water Stable, Near‐Zero‐Strain O3‐LayeredTitanium‐Based Anode for Long Cycle Sodium‐Ion Battery. Advanced Functional Materials. 2019DOI: 10.1002/adfm.201907023https://doi.org/10.1002/adfm.201907023
8. AM: 體相陰離子鹽衍生的固態(tài)電解質(zhì)界面助力可逆金屬鎂負(fù)極
可充鎂電池憑借高容量、高豐度以及最重要的無(wú)枝晶特性等優(yōu)勢(shì)而成為后鋰離子電池時(shí)代有力的競(jìng)爭(zhēng)者。然而，金屬鎂負(fù)極表面形成的不導(dǎo)通Mg2+的鈍化層嚴(yán)重限制了可充鎂電池的發(fā)展。最近。中科院青島能源所的Guanglei Cui、Zili Cui與青島科技大學(xué)的Xinhong Zhou等通過(guò)電化學(xué)部分分解含鋰的電解液在金屬鎂負(fù)極表面構(gòu)建了具有Mg2+電導(dǎo)率的固態(tài)電解質(zhì)界面。這種含鋰電解液很容易通過(guò)將Li[B(hfip)4]鹽溶解在二甲氧基乙烷中制備。在前幾周電化學(xué)循環(huán)形成固態(tài)電解質(zhì)界面的過(guò)程中，Mg2+能夠參與成膜因此該固態(tài)電解質(zhì)界面同時(shí)具有Mg2+電導(dǎo)和Li+電導(dǎo)。這種穩(wěn)定的固態(tài)電解質(zhì)界面的存在阻擋了金屬鎂與電解液的進(jìn)一步反應(yīng)，因而電解液和負(fù)極在長(zhǎng)期電化學(xué)循環(huán)過(guò)程中都能保持穩(wěn)定。這種原位構(gòu)建SEI膜的方法為可充金屬鎂電池的發(fā)展開(kāi)辟了一條新的道路。
KunTang, Guanglei Cui, Xinhong Zhou, Zili Cui et al, A Stable Solid ElectrolyteInterphase for Magnesium Metal Anode Evolved from a Bulky Anion Lithium Salt,Advanced Materials, 2019DOI: 10.1002/adma.201904987https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201904987?af=R
9. ESM: 固態(tài)電解質(zhì)啟發(fā)的雙功能復(fù)合隔膜助力無(wú)枝晶鋰金屬負(fù)極
金屬鋰負(fù)極憑借其超高的理論比容量和最低的氧化還原電勢(shì)而被視為是新一代高比能二次電池最理想的負(fù)極材料。然而，不均勻的鋰沉積會(huì)造成枝晶生長(zhǎng)并使電化學(xué)性能下降，這嚴(yán)重限制了金屬鋰負(fù)極的實(shí)際應(yīng)用。最近，青島大學(xué)的郭向欣教授、清華大學(xué)南策文院士以及西安大略大學(xué)的孫學(xué)良教授等從無(wú)枝晶固態(tài)鋰電池的設(shè)計(jì)中獲得靈感而設(shè)計(jì)了一種雙功能復(fù)合隔膜來(lái)誘導(dǎo)無(wú)枝晶的鋰沉積行為。這種復(fù)合隔膜是將含有PVDF和LLZTO的分級(jí)多孔復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)涂覆在商品化聚丙烯隔膜上制得的。PVDF與LLZTO之間的相互作用使得PVDF/LLZTO界面上形成了連續(xù)的鋰離子通道，從而誘導(dǎo)來(lái)自聚丙烯隔膜的不均勻鋰離子流重新分布。此外，這種界面層還能夠固定陰離子，使得鋰離子均勻沉積。兩種作用的協(xié)同效應(yīng)使得金屬鋰電池的庫(kù)倫效率和循環(huán)穩(wěn)定性都得到鋰顯著改善。這種簡(jiǎn)單有效的固態(tài)電解質(zhì)策略為實(shí)現(xiàn)無(wú)枝晶鋰金屬負(fù)極提供了一條新的思路。
HanyuHuo, Xiangxin Guo, Xueliang Sun, Cewen Nan et al, Bifunctional Composite Separator with a Solid-state-batteryStrategy for Dendrite-free Lithium Metal Batteries, Energy StorageMaterials, 2019DOI: 10.1016/j.ensm.2019.12.022https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2405829719311006?dgcid=rss_sd_all#!
10. AM：錫改進(jìn)誘導(dǎo)無(wú)枝晶鋅沉積制備穩(wěn)定的鋅基液流電池
近年來(lái)，鋅(Zn)電鍍/剝離電化學(xué)反應(yīng)由于具有安全性高、成本低、雙電子轉(zhuǎn)移、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)快等優(yōu)點(diǎn)，使其成為一種有前景的水性電池的負(fù)極材料。然而，鋅的枝晶生長(zhǎng)已經(jīng)成為阻礙其進(jìn)一步商業(yè)化的最大障礙之一。近日，中國(guó)科學(xué)院大連化物所李先鋒研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)一種簡(jiǎn)單普適性的策略，為水性鋅基液流電池（ZFB）構(gòu)建了多功能無(wú)粘結(jié)劑錫(Sn)改性的3D碳?xì)重?fù)極(SH)。與原始碳?xì)郑≒H）相比，制備的SH具有更強(qiáng)的Zn成核位點(diǎn)，更低的析氫反應(yīng)電位和更低的Zn成核過(guò)電位，從而更好地誘發(fā)均勻的鍍鋅/脫鋅，并且具有很高的庫(kù)侖效率（CE）。基于這樣的SH，對(duì)稱液流電池表現(xiàn)出優(yōu)異的庫(kù)侖效率（290次循環(huán)，平均CE為99.4％），Zn-Br液流電池具有更長(zhǎng)的循環(huán)壽命（142個(gè)循環(huán)，平均CE為97.2％），遠(yuǎn)優(yōu)于原始PH。該方法是一種抑制Zn枝晶生長(zhǎng)并改善ZFBs性能的簡(jiǎn)單，新穎且有效的方法。
YanbinYin, Shengnan Wang, Qi Zhang, Yang Song, Nana Chang, Yanwei Pan, Huamin Zhang,Xianfeng Li. Dendrite‐Free Zinc Deposition Inducedby Tin‐Modified Multifunctional 3D Host for Stable Zinc‐Based Flow Battery. Advanced Materials. 2019DOI: 10.1002/adma.201906803https://doi.org/10.1002/adma.201906803
11. AEM：強(qiáng)溫度響應(yīng)的電解質(zhì)，增強(qiáng)了鋰金屬電池的安全性
鋰金屬電池（LMBs）憑借著超高的理論比容量（3860 mAh g?1）和最低的氧化還原電勢(shì)（?3.04 vs NHE），一直被認(rèn)為是極具前途的高能量密度可充電電池。但是，易燃的有機(jī)碳酸鹽電解液會(huì)引起嚴(yán)重的副反應(yīng)并對(duì)LMB造成巨大的安全隱患。因此，中科院青島能源所崔光磊團(tuán)隊(duì)提出了一種智能溫度響應(yīng)的電解質(zhì)，該電解質(zhì)在LMBs中表現(xiàn)出兩種不同的聚合行為。該電解質(zhì)由丙烯酸酯（PEGA和PFE）組成，室溫下的離子電導(dǎo)率達(dá)2.28×10?3 S cm?1，具有良好的熱穩(wěn)定性，對(duì)金屬鋰具有良好的相容性。在環(huán)境溫度下，通過(guò)鋰金屬引發(fā)的陰離子聚合，該電解質(zhì)可以在鋰負(fù)極上形成良好的聚合物保護(hù)層，鋰電鍍/剝離循環(huán)能夠超過(guò)2000 h，即使在10 mA cm?2的電流密度下，也不會(huì)產(chǎn)生鋰枝晶。在受熱情況下，這種電解質(zhì)可以通過(guò)熱自由基聚合迅速?gòu)囊后w轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w，從而在沒(méi)有內(nèi)部短路故障的情況下實(shí)現(xiàn)安全性能的顯著改善，使電池在150 °C的溫度下也能安全運(yùn)行。值得注意的是，即使在280 ℃的極高溫度下電池也不會(huì)發(fā)生熱失控。這項(xiàng)研究不僅為電解質(zhì)的界面化學(xué)提供了新且有價(jià)值的見(jiàn)解，而且為開(kāi)發(fā)安全的LMBs開(kāi)辟了新途徑。
QianZhou, Shanmu Dong, Zhaolin Lv, Gaojie Xu, Lang Huang, Qinglei Wang, Zili Cui,Guanglei Cui. A Temperature-Responsive Electrolyte Endowing Superior SafetyCharacteristic of Lithium Metal Batteries. Advanced Energy Materials. 2019,1903441DOI：10.1002/aenm.201903441https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aenm.201903441
12. AFM: 具有高離子電導(dǎo)率的Li-Al-O固態(tài)電解質(zhì)保護(hù)金屬鋰負(fù)極
使用固態(tài)電解質(zhì)來(lái)保護(hù)金屬鋰負(fù)極被視為發(fā)展新一代高比能二次電池的有效策略。在本文中，華中科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院的黃云輝教授與沈越副教授等發(fā)展了一種基于多晶鋁酸鹽的固態(tài)電解質(zhì)（Li-Al-O）來(lái)對(duì)金屬鋰負(fù)極進(jìn)行保護(hù)。在含有LiTFSI的電解液中，這種固態(tài)電解質(zhì)能共通過(guò)金屬鋰表面羥基與三甲基鋁的反應(yīng)而生成。這種Li-Al-O電解質(zhì)由多晶LiAlO2、Li3AlO3、Al2O3、Li2CO3、LiF以及一些有機(jī)物質(zhì)組成，其室溫離子電導(dǎo)率高達(dá)1.42×10-4S/cm。這種固態(tài)電解質(zhì)薄膜能夠保護(hù)金屬鋰免受空氣、水以及有機(jī)溶劑的侵蝕，同時(shí)又能夠抑制枝晶生長(zhǎng)。在Li-Al-O電解質(zhì)的保護(hù)作用下，Li/Li對(duì)稱電池和Li/O2電池的循環(huán)壽命都得到了延長(zhǎng)，這說(shuō)明該電解質(zhì)薄膜在金屬鋰保護(hù)方面的有效性。
MeilanXie, Yue Shen, Yunhui Huang et al, A Li–Al–OSolid‐State Electrolyte with High Ionic Conductivityand Good Capability to Protect Li Anode, Advanced Functional Materials, 2019DOI: 10.1002/adfm.201905949https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.201905949?af=R
13. AEM: TiO2納米管預(yù)嵌鋰形成SEI膜助力高性能鈉離子電池負(fù)極材料
近年來(lái)，鈉離子電池被視為最有希望取代鋰離子電池的新型儲(chǔ)能體系。不管對(duì)于鋰離子電池還是鈉離子電池，在電極-電解質(zhì)界面處構(gòu)建穩(wěn)定均勻的SEI膜都是實(shí)現(xiàn)高容量、長(zhǎng)循環(huán)、高倍率性能的關(guān)鍵。在本文中，阿卜杜拉國(guó)王科技大學(xué)的Patrick Schmuki團(tuán)隊(duì)向我們展示了穩(wěn)定的SEI膜在提升TiO2納米陣列的電化學(xué)性能方面的顯著作用。該文章的關(guān)鍵在于TiO2納米陣列的預(yù)鋰化能夠調(diào)控SEI為后續(xù)的Na+脫嵌提供空間。預(yù)鋰化后的TiO2陣列組裝成鈉離子電池后表現(xiàn)出優(yōu)異的儲(chǔ)鈉循環(huán)性能和倍率性能：在50mA/g的電流密度下循環(huán)250周后的容量保持率高達(dá)99.9%，在1A/g的高倍率下仍然能夠?qū)崿F(xiàn)高達(dá)132mAh/g的比容量。電化學(xué)性能改善的根源在于預(yù)嵌鋰不僅提升了材料的電子電導(dǎo)率，而且使得TiO2晶格拓寬利于鈉離子脫嵌。
GihoonCha, Patrick Schmuki et al, Li+ Pre‐Insertion Leads to Formationof Solid Electrolyte Interface on TiO2 Nanotubes That Enables High‐Performance Anodes for Sodium Ion Batteries, Advanced EnergyMaterials, 2019DOI：10.1002/aenm.201903448https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aenm.201903448?af=R
14. AEM: 磷摻雜碳點(diǎn)/石墨烯氣凝膠用作全固態(tài)柔性鋁空氣電池的ORR催化劑
納米碳點(diǎn)(C-dots)，是一類尺寸小于10nm的新型碳納米材料，由于其原材料資源豐富和廉價(jià)，且優(yōu)異的水溶性，化學(xué)惰性，低毒性，易官能團(tuán)化和抗光漂白能力，逐漸成為碳納米材料家族中的一顆新星。在近幾年里，關(guān)于碳點(diǎn)的制備，性質(zhì)和應(yīng)用等方面的研究已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展。碳點(diǎn)被認(rèn)為是在堿性介質(zhì)中進(jìn)行氧還原反應(yīng)(ORR)最有潛力的催化劑之一。然而，由于缺乏實(shí)現(xiàn)納米碳點(diǎn)良好分散的方法以及較差的電催化活性，嚴(yán)重限制了金屬空氣電池的 ORR性能。近日，中南大學(xué)的Yanqing Lai、美國(guó)西北大學(xué)Vinayak P. Dravid教授和華中科技大學(xué)的Yuan Li等人合作報(bào)道了一種生物質(zhì)衍生方法，用于實(shí)現(xiàn)碳點(diǎn)的原位磷摻雜(P‐摻雜)及其在石墨烯基體上的同步裝飾。制備得到的P-摻雜碳點(diǎn)/石墨烯(P-CD/G)納米復(fù)合材料，可達(dá)到碳納米材料的超高P-摻雜水平。研究發(fā)現(xiàn)，P-CD/G納米復(fù)合材料具有良好的ORR催化活性，可與工業(yè)鉑/碳催化劑相媲美。當(dāng)用作液態(tài)鋁-空氣電池的陰極材料時(shí)，該裝置表現(xiàn)出優(yōu)異的功率密度為157.3mW/cm2(與類似的Pt/C電池的151.5mW/cm2相比)。基于該新型P-CD/G納米復(fù)合材料，設(shè)計(jì)并制造了一種全固態(tài)柔性鋁空氣電池。該裝置在不同彎曲狀態(tài)下放電電壓穩(wěn)定在≈1.2V。該工作介紹了一種獨(dú)特的生物質(zhì)衍生材料，具有高效的電催化性能，有望取代貴金屬催化劑，用于未來(lái)的便攜式和可穿戴電子設(shè)備。
Mengran Wang, Yuan Li, Jing Fang, Cesar J. Villa,Yaobin Xu, Shiqiang Hao, Jie Li, Yexiang Liu, Chris Wolverton, Xinqi Chen,Vinayak P. Dravid, Yanqing Lai. Superior Oxygen Reduction Reaction onPhosphorus-Doped Carbon Dot/Graphene Aerogel for All-Solid-State FlexibleAl-Air Batteries. Advanced Energy Materials, 2019.DOI: 10.1002/aenm.201902736https://doi.org/10.1002/aenm.201902736
15. EnSM：添加劑協(xié)同作用在可充電鋰金屬負(fù)極形成穩(wěn)定的界面
近年來(lái)，鋰金屬負(fù)極憑借著高的能量密度引起了人們的廣泛關(guān)注。然而，眾所周知的安全問(wèn)題和循環(huán)不穩(wěn)定性嚴(yán)重阻礙了它們的商業(yè)化，尤其是在傳統(tǒng)的碳酸酯電解液中循環(huán)時(shí)。但是這種電解液具有寬的電壓窗口，并且與大多數(shù)正極材料兼容。基于此，廈門(mén)大學(xué)楊勇教授與代爾夫特理工大學(xué)MarnixWagemaker合作，將二氟磷酸鋰（LiDFP）和碳酸亞乙酯（VC）有機(jī)結(jié)合，在鋰金屬負(fù)極上原位構(gòu)建了一個(gè)機(jī)械穩(wěn)定的高鋰離子導(dǎo)電膜。原位中子深度剖面分析（NDP）表明，添加劑的協(xié)同作用有利于實(shí)現(xiàn)均勻致密的鋰沉積，并有效抑制鋰枝晶、死鋰和不可逆鋰的形成。這有望提高可充電鋰金屬負(fù)極的長(zhǎng)期循環(huán)穩(wěn)定性和庫(kù)侖效率。固態(tài)核磁共振（SSNMR）和光譜研究證明了VC能減緩LiDFP的還原，并促進(jìn)P-F鍵的斷裂，誘導(dǎo)保護(hù)膜的形成。該膜含有豐富的LiF-Li3PO4無(wú)機(jī)化合物，均勻分布在P-O-C物質(zhì)和大分子有機(jī)化合物基體中。這種組分是離子電導(dǎo)率得以提高以及保護(hù)膜在長(zhǎng)周期內(nèi)具有良好機(jī)械穩(wěn)定性的原因。添加劑相互作用的詳細(xì)研究為實(shí)現(xiàn)高性能鋰金屬電池所需的合理的表面薄膜設(shè)計(jì)提供了新的可能。
GuoruiZheng, Yuxuan Xiang, Shijian Chen, Swapna Ganapathy, Tomas W. Verhallen, MingLiu, Guiming Zhong, Jianping Zhu, Xiang Han, Weiwei Wang, Weimin Zhao, MarnixWagemaker, Yong Yang. Additives Synergy for Stable Interface Formation onRechargeable Lithium Metal Anodes. Energy Storage Materials, 2019.DOI：10.1016/j.ensm.2019.12.027https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2405829719311055
16. Nat. Commun.：超薄離子間相構(gòu)建高效鋰負(fù)極
為了提高鋰離子電池（LIBs）的性能，使用金屬鋰作為負(fù)極材料的可行性得到了廣泛的關(guān)注。然而傳統(tǒng)碳酸鹽電解質(zhì)低的的庫(kù)侖效率和枝晶生長(zhǎng)仍然是開(kāi)發(fā)包含鋰金屬負(fù)極的高性能鋰離子電池亟待解決的問(wèn)題。基于此，美國(guó)斯坦福大學(xué)的崔屹和國(guó)立臺(tái)灣大學(xué)的Nae-Lih Wu合作，開(kāi)發(fā)了一種超薄（≤100nm）的鋰離子交聯(lián)聚合物膜作為銅或鋰上的涂層，該膜由嵌入多面體低聚硅氧烷的鋰交換磺化聚醚醚酮組成。這可以使鋰金屬電池在以碳酸鹽為基礎(chǔ)的電解液中實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定的鋰電鍍-剝離循環(huán)。原位分析和理論模擬表明，離子交聯(lián)聚合物涂層具有顯著的能力，能夠在相當(dāng)大的鋰電鍍表面上實(shí)現(xiàn)電場(chǎng)均勻化。膜涂層可用作人工固體電解質(zhì)界面膜（SEI）過(guò)濾器，最大程度地減少電解質(zhì)-電極界面處的副反應(yīng)，其可在室溫和高溫（50 °C）下以優(yōu)異的庫(kù)侖效率在銅上進(jìn)行無(wú)枝晶的鋰電鍍-剝離循環(huán)。這表明鍍膜銅是一個(gè)有前途的集流體可用于制造高質(zhì)量的預(yù)鍍鋰薄膜負(fù)極。
Yu-TingWeng, Hao-Wen Liu, Allen Pei, FeiFei Shi, Hansen Wang, Chih-Yuan Lin,Sheng-Siang Huang, Lin-Ya Su Jyh-Ping Hsu, Chia-Chen Fang, Yi Cui, Nae-Lih Wu.An ultrathin ionomer interphase for high efficiency lithium anode in carbonatebased electrolyte. Nature Communications, 2019.DOI:10.1038/s41467-019-13783-1https://www.nature.com/articles/s41467-019-13783-1
17. Nat. Commun.: 多級(jí)放電構(gòu)造的異質(zhì)結(jié)構(gòu)用于長(zhǎng)壽命鋰氧電池
在絕緣且量大的放電產(chǎn)物中差的電荷傳輸是導(dǎo)致鋰氧電池具有高的過(guò)電勢(shì)和容量衰減迅速的主要因素之一。上海交通大學(xué)陳接勝、王開(kāi)學(xué)和加利福尼亞大學(xué)JunChen等人通過(guò)兩階段放電方法來(lái)構(gòu)建基于Li2O2的異質(zhì)結(jié)構(gòu)，在鉀氧電池的正極表面上預(yù)先沉積K2CO3而不是Li2CO3層，Li-O2電池中的連續(xù)放電將Li2O2放電產(chǎn)物外延沉積在K2CO3的外表面上，從而誘導(dǎo)異質(zhì)結(jié)周?chē)膬?nèi)建場(chǎng)形成，并促進(jìn)電荷轉(zhuǎn)移和界面/表面缺陷的形成，此外，在多階段放電之后，將定制的有缺陷的膜狀而不是大的環(huán)形放電產(chǎn)物沉積在正極表面上，從而抑制了正極的鈍化/阻塞。所得的PVP-C@LDO正極可在O2中實(shí)現(xiàn)70個(gè)循環(huán)（超過(guò)175 d），且在3000 mAh g-1的有限比容量下不會(huì)出現(xiàn)明顯的容量衰減。DFT計(jì)算表明，Li+通過(guò)異質(zhì)結(jié)遷移至K2CO3（201）中的K空位，能壘為0.58 eV。具有改善的電荷傳輸和與催化劑大接觸面積的缺陷膜的形成，是放電產(chǎn)物容易分解和電池持續(xù)穩(wěn)定性中的關(guān)鍵因素。多階段放電方法構(gòu)建的具有帶不連續(xù)性和相對(duì)較低鋰擴(kuò)散勢(shì)壘的Li2O2基異質(zhì)結(jié)構(gòu)是缺陷膜狀放電產(chǎn)物生長(zhǎng)的可能原因。
Shu-MaoXu, Xiao Liang, Xue-Yan Wu, Shen-Long Zhao, Jun Chen, Kai-Xue Wang, Jie-ShengChen, Multistaged discharge constructing heterostructure with enhancedsolid-solution behavior for long-life lithium-oxygen batteries, Nat. Commun.,2019.https://www.nature.com/articles/s41467-019-13712-2
18. Nat. Commun.綜述: 用于提取Li+的離子選擇性納米結(jié)構(gòu)膜的設(shè)計(jì)原理
可以預(yù)見(jiàn)未來(lái)對(duì)鋰元素持續(xù)增長(zhǎng)的需求將很快超過(guò)其存儲(chǔ)量，從而使其成為重要的資源。新南威爾士大學(xué)Amir Razmjou的這篇綜述嚴(yán)格審查了有關(guān)Li+選擇性膜的最新報(bào)道，特別強(qiáng)調(diào)了材料設(shè)計(jì)的基本原理，以開(kāi)發(fā)具有Li+選擇性的納米通道和納米孔的膜。此外，本綜述還討論了與納米孔和納米通道內(nèi)離子遷移相關(guān)的基本概念。最后，提出了該領(lǐng)域未來(lái)工作的挑戰(zhàn)和前景，目的是激發(fā)重要且及時(shí)的研究，以促成改進(jìn)的工業(yè)應(yīng)用的膜分離平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)。
AmirRazmjou, Mohsen Asadnia, Ehsan Hosseini, Asghar Habibnejad Korayem, Vicki Chen,Design principles of ion selective nanostructured membranes for the extractionof lithium ions, Nat. Commun., 2019.DOI: 10.1038/s41467-019-13648-7https://www.nature.com/articles/s41467-019-13648-7
19. Angew: 易于合成的多級(jí)空心CoP@C用于鈉/鉀離子電池
溫州大學(xué)王舜、Huanming Lu與伍倫貢大學(xué)侴術(shù)雷等人通過(guò)簡(jiǎn)便的合成方法獲得了多級(jí)空心CoP@C復(fù)合物，其中前體的碳化和磷化是在一個(gè)步驟內(nèi)完成。該復(fù)合物由CoP@ C空心球構(gòu)筑，而該空心球由具有薄的外碳層的CoP納米顆粒組成。研究者對(duì)該材料進(jìn)行了原位TEM，原位synchrotron XRD和DFT計(jì)算，以分析循環(huán)過(guò)程中Na / K離子和CoP之間的結(jié)構(gòu)演化和相互作用。得益于導(dǎo)電碳層和空心結(jié)構(gòu)的協(xié)同作用，所制備的復(fù)合材料具有出色的儲(chǔ)鈉和儲(chǔ)鉀能力。
QiannanLiu, Zhe Hu,Yaru Liang, Lin Li, Chao Zou, Huile Jin, Shun Wang, Huanming Lu,Qinfen Gu, Shu-Lei Chou, Yong Liu, Shi-Xue Dou, Facile Synthesis ofHierarchical Hollow CoP@C Composites with Superior Performance for Sodium andPotassium Storage, Angewandte Chemie International Edition, 2019.https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201913683
20. Angew.: g‐C3N4助力固態(tài)鋰金屬電池
固態(tài)鋰金屬電池（SSLMB）由于其高的能量密度和高安全性而引起了人們的廣泛關(guān)注。但是，如何實(shí)現(xiàn)良好匹配的鋰金屬/固態(tài)電解質(zhì)（SSE）接口仍然具有挑戰(zhàn)性。華中科技大學(xué)黃云輝和Wei Luo等人將g-C3N4作為新的接口啟動(dòng)器。研究者發(fā)現(xiàn)將g-C3N4引入Li金屬中不僅可以使Li金屬/石榴石型SSE界面從點(diǎn)接觸過(guò)渡到緊密接觸，而且由于其粘度大大提高，能夠降低了樹(shù)突狀Li的形成，降低熔融鋰的表面張力并在界面處原位形成了Li3N。因此，所得的Li- C3N4 |SSE | Li- C3N4對(duì)稱電池的界面電阻非常低，僅為11 Ω?cm2，臨界電流密度（CCD）高達(dá)1500 μA/cm2。而與原始鋰金屬電極相同的對(duì)稱電池配置具有更大的界面電阻（428 Ω?cm2）和更低的CCD（50 μA/cm2）。
YingHuang, Bo Chen, Jian Duan, Fei Yang, Tengrui Wang, Zhengfeng Wang, WenjuanYang, Chenchen Hu, Wei Luo, Yunhui Huang, g‐C3N4: AnInterface Enabler for Solid‐State Lithium MetalBatteries, Angewandte Chemie International Edition, 2019.https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201914417
