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1. 天津大學(xué)張伊放&中南大學(xué)潘安強(qiáng)最新AFM:長壽命鋅金屬負(fù)極防腐鋅離子調(diào)節(jié)復(fù)合中間層

電池頂刊集錦：AM、AFM、Nano energy、Angew.、EnSM、ACS Energy Lett.等

鋅金屬負(fù)極被認(rèn)為是水基鋅基電池最有前景的負(fù)極選擇之一。然而，樹枝狀結(jié)構(gòu)和錯綜復(fù)雜的副反應(yīng)阻礙了它的應(yīng)用。近日，天津大學(xué)張伊放（通訊作者）和中南大學(xué)潘安強(qiáng)（通訊作者）等人在知名期刊Adv. Funct. Mater.上發(fā)表了題為“Anti-Corrosive and Zn-Ion-Regulating Composite Interlayer Enabling Long-Life Zn Metal Anodes”的研究性論文。

作者引入了一種彈性防腐夾層來解決這一問題。利用非晶態(tài)和納米結(jié)構(gòu)氮化硅(Si₃N₄)獨(dú)特的介電行為，將其顆粒均勻分散在聚丙烯腈(PAN)中，制備了一層附著在金屬鋅上的中間層(PSN-Zn)。PAN作為彈性約束抑制了枝晶的劇烈演化，阻止了H₂O/O₂的腐蝕，而高介電常數(shù)的Si₃N₄有利于離子動力學(xué)，并提供了均勻的Zn沉積。在1 mA cm^?2時，鋅負(fù)極的電化學(xué)穩(wěn)定性和沉積一致性大大提高，壽命可達(dá)800 h以上。即使在苛刻的深放電(DOD_Zn=60%)和高電流密度(10 mA cm^?2)下，鋅負(fù)極仍能穩(wěn)定工作250 h以上，并通過實(shí)驗和理論模擬對其介電性能的影響進(jìn)行了系統(tǒng)的討論和驗證。

裸鋅(左)和具有PSN涂層的鋅(中)上的Zn沉積/脫出行為示意圖

裸Zn和Zn-PSN箔在2 M ZnSO₄電解液中的腐蝕特性

材料的電化學(xué)性能研究

Anti-Corrosive and Zn-Ion-Regulating Composite Interlayer Enabling Long-Life Zn Metal Anodes(Adv. Funct. Mater., 2021, DOI: 10.1002/adfm.202104361)

2. 北京理工大學(xué)曹傳寶&朱有啟最新AFM：用于高性能儲鎂的CuSe納米片

CuSe作為轉(zhuǎn)換型正極材料，因其比容量大而備受關(guān)注，但在重復(fù)充放電循環(huán)過程中，由于結(jié)構(gòu)坍塌，容量衰減嚴(yán)重。近日，北京理工大學(xué)曹傳寶（通訊作者）和朱有啟（通訊作者）等人在知名期刊Adv. Funct. Mater.上發(fā)表了題為“Pulverization-Tolerant CuSe Nanoflakes with High (110) Planar Orientation for High-Performance Magnesium Storage”的研究性論文。

作者在微波輻射下通過溫控晶體生長路線進(jìn)行了設(shè)計，得到了單晶和(110)擇優(yōu)取向的CuSe納米晶。所制備的CuSe納米片狀正極材料具有高的可逆容量(在200 mA g^?1電流密度下為204 mAh g^?1)、優(yōu)異的倍率性能和顯著的長期循環(huán)穩(wěn)定性(在700次循環(huán)中，1 A g^-1下的容量衰減率為0.095%)。X射線光電子能譜(XPS)和X射線衍射(XRD)證實(shí)了CuSe納米片狀正極材料的多步可逆轉(zhuǎn)化機(jī)理。結(jié)構(gòu)演化研究表明，單晶CuSe納米片可以表現(xiàn)出相對持久的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。良好的循環(huán)穩(wěn)定性可以歸因于CuSe納米片狀正極材料具有良好的抗粉碎性，這是由于其多步可逆轉(zhuǎn)化機(jī)制和單晶特性所賦予的。此外，優(yōu)先取向的(110)活性平面有利于電化學(xué)反應(yīng)，以確保高比容量。本工作為制備高性能轉(zhuǎn)換型鎂二次電池電極材料提供了一種晶體工程策略。

CuSe納米片制備示意圖

CuSe納米薄片的高分辨率XPS表征

(110)擇優(yōu)取向CuSe納米片的形貌和微結(jié)構(gòu)表征

Pulverization-Tolerant CuSe Nanoflakes with High (110) Planar Orientation for High-Performance Magnesium Storage(Adv. Funct. Mater., 2021, DOI: 10.1002/adfm.202104730)

3. 太平洋西北國家實(shí)驗室張繼光&Ran Yi最新AM：瀝青助力納米硅負(fù)極儲能更進(jìn)一步

多孔硅(Si)/碳納米復(fù)合材料作為高能鋰離子電池(LIB)的負(fù)極材料已被廣泛研究。然而，在制備過程中，納米孔結(jié)構(gòu)中Si的收縮和燒結(jié)往往會削弱多孔Si的全部優(yōu)勢。近日，太平洋西北國家實(shí)驗室張繼光（通訊作者）和Ran Yi（通訊作者）等人在知名期刊Adv. Mater.上發(fā)表了題為“A Micrometer-Sized Silicon/Carbon Composite Anode Synthesized by Impregnation of Petroleum Pitch in Nanoporous Silicon”的研究性論文。

作者報道了一種通過在多孔硅中浸漬石油瀝青，然后再進(jìn)行高溫處理來保存多孔硅納米結(jié)構(gòu)的可伸縮方法。由此得到的微米尺寸的Si/C復(fù)合材料保持了所需的孔隙率，以適應(yīng)較大的體積變化和高電導(dǎo)率，從而促進(jìn)電荷轉(zhuǎn)移。它還形成了一層穩(wěn)定的表面涂層，限制了電解質(zhì)對納米多孔硅的滲透，并最大限度地減少了循環(huán)和儲存過程中電解質(zhì)與硅之間的副反應(yīng)。硅基負(fù)極含有80%的瀝青衍生碳/納米孔硅，可以非常穩(wěn)定地循環(huán)(NMC532)電池(450次循環(huán)后容量保持80%)。它還可以降低下一代高能LIBs所需的粒子和電極的膨脹程度。該方法還可用于保存其他需要高溫處理的納米多孔材料的多孔結(jié)構(gòu)。

高溫處理過程中保存設(shè)計納米結(jié)構(gòu)的重要性

瀝青在Np-Si中的浸漬

碳化過程中Np-Si和P/Np-Si的結(jié)構(gòu)研究

A Micrometer-Sized Silicon/Carbon Composite Anode Synthesized by Impregnation of Petroleum Pitch in Nanoporous Silicon(Adv. Mater., 2021, DOI: 10.1002/adma.202103095)

4. 土耳其中東技術(shù)大學(xué)Husnu Emrah Unalan最新Nano Energy：基于織物的人機(jī)界面可穿戴摩擦電納米發(fā)電機(jī)

隨著可穿戴電子產(chǎn)品材料的進(jìn)步，電子紡織品受到了極大的關(guān)注。洗滌穩(wěn)定性差和可穿戴電子產(chǎn)品需要外部電源是目前亟待解決的兩大問題。近日，土耳其中東技術(shù)大學(xué)Husnu Emrah Unalan（通訊作者）等人在知名期刊Nano Energy上發(fā)表了題為“Fabric based wearable triboelectric nanogenerators for human machine interface ”的研究性論文。

在本研究中，作者提出了一種低成本和可擴(kuò)展的設(shè)計，作為上述問題的組合解決方案。將熱塑性聚氨酯(TPU)薄膜層壓銀納米線(Ag NW)修飾織物用作摩擦電納米發(fā)電機(jī)(TENG)電極，用于自供電可穿戴式人機(jī)接口裝置。對制備的器件的電阻變化和焦耳加熱性能進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，該器件的洗滌穩(wěn)定性可達(dá)15次洗滌循環(huán)。為了展示制造出來的電子手環(huán)的真正潛力，開發(fā)了一款自供電的電子腕帶作為人機(jī)接口，并將其用作鍵盤來控制基本的計算機(jī)操作。

熱塑性聚氨酯(TPU)層壓Ag NW改性棉織物制作步驟示意圖

電極的工作機(jī)理和與分離相關(guān)的開路電壓的模擬結(jié)果

電極的電化學(xué)性能研究

Fabric based wearable triboelectric nanogenerators for human machine interface (Nano Energy , 2021, DOI: 10.1016/j.nanoen.2021.106412)

5. 清華大學(xué)張強(qiáng)最新Angew：金屬鋰電池中穩(wěn)定的陰離子衍生固體電解質(zhì)界面

非均勻固體電解質(zhì)界面(SEI)導(dǎo)致的樹枝狀鋰沉積嚴(yán)重阻礙了高能量密度鋰(Li)金屬電池的發(fā)展。近日，清華大學(xué)張強(qiáng)（通訊作者）等人在知名期刊Angew. Chem. Int. Ed.上發(fā)表了題為“Stable Anion-Derived Solid Electrolyte Interphase in Lithium Metal Batteries”的研究性論文。

作者建議通過陰離子受體調(diào)節(jié)陰離子的電解質(zhì)結(jié)構(gòu)來構(gòu)建穩(wěn)定的陰離子衍生SEI。含缺電子硼原子的三(五氟苯基)硼烷陰離子受體與雙(氟磺?；?酰亞胺陰離子(FSI^?)相互作用，降低了其還原穩(wěn)定性。此外，F(xiàn)SI^–在電解質(zhì)中的聚集團(tuán)類型發(fā)生了變化，在TPFPB的存在下，F(xiàn)SI^–與更多的Li離子相互作用（AGG-II）。因此，促進(jìn)了FSI^?分解生成Li₂S，提高了陰離子衍生SEI的穩(wěn)定性。在實(shí)際條件下工作的Li|LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂電池中，帶有TPFPB的陰離子衍生SEI經(jīng)歷了194次循環(huán)，而常規(guī)陰離子衍生SEI為98次。這項工作為通過調(diào)控陰離子的電解質(zhì)結(jié)構(gòu)來構(gòu)建穩(wěn)定的陰離子衍生SEI提供了新的思路。

通過密度泛函理論計算研究了FSI^?與TPFPB之間的相互作用

不同聚集態(tài)團(tuán)簇中FSI^?的拉曼光譜

不同電解質(zhì)中形成的SEI的組成分析

Stable Anion-Derived Solid Electrolyte Interphase in Lithium Metal Batteries (Angew. Chem. Int. Ed., 2021, DOI: 10.1002/anie.202107732)

6. Sagar Mitra&Douglas R. MacFarlane&Maria Forsyth最新EnSM：低溫常溫鈉硫電池操作的設(shè)計與研究

在使用高硫負(fù)極的同時盡量減少多硫化物的穿梭，對于實(shí)現(xiàn)實(shí)用化的室溫鈉硫(RT Na-S)電池至關(guān)重要。由于它們價格低廉，材料豐富，這些電池作為未來低成本的固定式儲能設(shè)備具有巨大的潛力。電解質(zhì)可溶性Na-多硫化物電化學(xué)轉(zhuǎn)化為不溶性最終產(chǎn)物的緩慢動力學(xué)導(dǎo)致中間產(chǎn)物在電解質(zhì)中的快速積累，從而加劇了多硫化物的穿梭。近日，印度理工學(xué)院孟買分校Sagar Mitra（通訊作者），澳大利亞莫納什大學(xué)Douglas R. MacFarlane（通訊作者）和迪肯大學(xué)Maria Forsyth（通訊作者）等人在知名期刊Energy Storage Materials上發(fā)表了題為“Sub-zero and room-temperature sodium–sulfur battery cell operations: A rational current collector, catalyst and sulphur-host design and study”的研究性論文。

作者報道了修飾在活性炭布上的氧化銦錫納米顆粒(ITO@ACC)作為一種電催化底物，它固定了高階Na-多硫化物，并促進(jìn)了它們轉(zhuǎn)化為不溶性的最終放電產(chǎn)物，從而抑制了中間產(chǎn)物在電解液中的積累。電子順磁共振(EPR)譜證實(shí)其轉(zhuǎn)化為不溶性末端放電產(chǎn)物是通過自由基偶聯(lián)機(jī)制實(shí)現(xiàn)的。在20 °C時，ITO@ACC催化的鈉硫電池(6.8 mg(S) cm^-2)的早期循環(huán)容量為684 mA·h·g(S)^-1。此外，還首次實(shí)現(xiàn)了低溫鈉硫電池，在-10 ℃下工作，電池在0.1 C下的初始比容量為342 mA h g(S)^-1。

Na₂S₆@ITO@ACC正極合成示意圖

Na₂S₆@ITO@ACC正極的循環(huán)性能分析

Na₂S₆@ACC和Na₂S₆@ITO@ACC正極在0.1 mV s^-1下的循環(huán)伏安曲線

Sub-zero and room-temperature sodium–sulfur battery cell operations: A rational current collector, catalyst and sulphur-host design and study (Energy Storage Materials, 2021, DOI:10.1016/j.ensm.2021.08.014)

7. 趙予生&趙若&鄒如強(qiáng)最新ACS Energy Lett.：離子導(dǎo)電MOF膠粘劑夾層穩(wěn)定NASICON型電解質(zhì)對鋰負(fù)極的影響

鈉快離子導(dǎo)體(NASICON)型電解質(zhì)具有較高的離子電導(dǎo)率和濕度/空氣穩(wěn)定性，是固態(tài)電池所必需的。然而，它們普遍存在電化學(xué)穩(wěn)定性差和與鋰金屬接觸不足的問題，導(dǎo)致性能嚴(yán)重下降。近日，南方科技大學(xué)趙予生（通訊作者），趙若（通訊作者）和北京大學(xué)鄒如強(qiáng)（通訊作者）等人在知名期刊ACS Energy Lett.上發(fā)表了題為“Stabilization of NASICON-Type Electrolyte against Li Anode via an Ionic Conductive MOF-Incorporated Adhesive Interlayer”的研究性論文。

作者制備了一種離子導(dǎo)電金屬有機(jī)骨架聚合物層(簡稱ZCPL)，并將其用作Li_1.5Al_0.5Ge_1.5(PO₄)₃(LAGP)的包覆層。ZCPL作為保護(hù)層，可以有效地阻止鋰離子與LAGP之間的氧化還原反應(yīng)，消除電池循環(huán)過程中有害中間相和裂紋的形成。粘合劑ZCPL還可以滲透到LAGP表面的空隙中，形成緊密接觸的薄膜連接。此外，ZCPL具有良好的離子導(dǎo)電性和柔軟的織構(gòu)，為Li⁺的快速傳輸提供了豐富的途徑，并確保了Li⁺在界面上的均勻流動。得益于ZCPL，Li對稱電池和Li/LiFePO₄全電池均表現(xiàn)出長期循環(huán)穩(wěn)定性。

材料的結(jié)構(gòu)表征

ZCPL和LAGP的Li⁺傳導(dǎo)分析

恒電流充放電方法研究LAGP和ZCPL?LAGP對稱電池的電化學(xué)性能

Stabilization of NASICON-Type Electrolyte against Li Anode via an Ionic Conductive MOF-Incorporated Adhesive Interlayer(ACS Energy Lett., 2021, DOI:10.1021/acsenergylett.1c01551)

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