国产三级精品三级在线观看,国产高清无码在线观看,中文字幕日本人妻久久久免费,亚洲精品午夜无码电影网

1. 喬世璋&吳超EES綜述: 水系鋅離子電池鋅/電解液界面的調(diào)節(jié)及有效性評(píng)估

?電池頂刊集錦！EES、AEM、AFM、JACS、ACS Nano、Small等最新成果速覽

水系鋅離子電池 (ZIB) 因其安全性、成本效益和環(huán)境友好性而引起了廣泛關(guān)注。然而，由于枝晶生長和水誘導(dǎo)的副反應(yīng)，金屬鋅負(fù)極在水系電解液中仍然存在庫侖效率差和循環(huán)穩(wěn)定性有限等問題，已經(jīng)提出了各種鋅/電解液界面策略來解決這些問題，但每種方法的工作機(jī)制仍未完全了解，且這些策略的有效性評(píng)估技術(shù)還沒有達(dá)到一致的標(biāo)準(zhǔn)。

在此，澳大利亞阿德萊德大學(xué)喬世璋教授及伍倫貢大學(xué)吳超等人全面總結(jié)了對(duì)鋅/電解液界面策略的基本認(rèn)識(shí)，包括機(jī)理設(shè)計(jì)、新方法的提出和技術(shù)挑戰(zhàn)。作者首先概述了水系Zn金屬電池的優(yōu)點(diǎn)和挑戰(zhàn)（Zn枝晶的不可控生長和界面的副反應(yīng)），只有緩解甚至解決這些問題才能實(shí)現(xiàn)Zn負(fù)極的高可逆性。作者總結(jié)了目前開發(fā)出的可緩解以及解決上述問題的各種Zn金屬表面改性策略：i）人工和原位SEI保護(hù)層（SEI保護(hù)層設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、SEI構(gòu)建路線圖及其優(yōu)缺點(diǎn)）；ii）初始Zn成核層方面（Zn成核層的判斷標(biāo)準(zhǔn)和成核層路線圖）。

圖1. 在鋅金屬表面構(gòu)建理想保護(hù)層的通用標(biāo)準(zhǔn)

作為界面的另一個(gè)重要組成部分，電解液也可以通過抑制枝晶Zn沉積和延緩副反應(yīng)來提高Zn負(fù)極的CE。作者總結(jié)了最常報(bào)道的一些策略：i）引入電解液添加劑；ii）開發(fā)功能性電解液；iii）Zn²⁺溶劑化簇的調(diào)控。最后總結(jié)了包括電化學(xué)法（Zn/Cu或Zn/Ti電池中的CE，對(duì)稱Zn-Zn電池的循環(huán)壽命和全電池性能），表征方法，計(jì)算模擬等界面策略有效性評(píng)估技術(shù)，從而為準(zhǔn)確評(píng)價(jià)和分析水系ZIB提供指導(dǎo)，以期在未來開發(fā)高性能的ZIBs。

圖2. 電解液調(diào)節(jié)以提高Zn可逆性的示意圖

圖3. 評(píng)估界面改性策略有效性的重要電化學(xué)參數(shù)

Regulation Methods for the Zn/electrolyte Interphase and the Effectiveness Evaluation in Aqueous Zn-ion Batteries, Energy & Environmental Science 2021. DOI: 10.1039/D1EE02021H

2. 陸俊&張山青EES: 鋰離子電池及其他可持續(xù)回收利用的智能輔助預(yù)設(shè)計(jì)

為滿足現(xiàn)代交通電氣化的需求，鋰離子電池（LIBs）進(jìn)入了空前消耗的階段。回收友好設(shè)計(jì)從本質(zhì)上促進(jìn)了自然資源的長期可持續(xù)利用，減少了廢鋰離子電池對(duì)環(huán)境的不利影響，并提高了回收的經(jīng)濟(jì)可行性。

在此，美國阿貢國家實(shí)驗(yàn)室陸俊研究員、澳大利亞格里菲斯大學(xué)張山青教授等人提出了鋰離子電池的智能輔助預(yù)設(shè)計(jì)，包括電池管理系統(tǒng)和電池化學(xué)設(shè)計(jì)。作者首先介紹了當(dāng)前廢電池最先進(jìn)的回收工藝：路徑1：基于冶金的回收 (MBR)，涉及高能耗和高污染生產(chǎn)（但勞動(dòng)力成本和選擇性低）；路徑2：人工輔助直接回收（HADR），回收流程環(huán)保，包括收集、人工分揀拆解、分離、再生、新電池生產(chǎn)（收集、分揀、拆解環(huán)節(jié)人工成本高）。

圖1. 當(dāng)前最先進(jìn)的廢電池回收工藝

因此，作者在經(jīng)濟(jì)和環(huán)境可持續(xù)（EES）回收?qǐng)鼍爸刑岢隽酥悄芤龑?dǎo)的“再利用-翻新-回收”策略（“3R”策略），包括數(shù)字孿生電池、智能電池系統(tǒng)、材料分離和可持續(xù)電極設(shè)計(jì)在內(nèi)的智能輔助預(yù)設(shè)計(jì)將成為“3R”策略的重要推動(dòng)因素。這些設(shè)計(jì)可以顯著提高 LIB 回收率，實(shí)現(xiàn)真正可再生和可持續(xù)的電池經(jīng)濟(jì)。此外，這些戰(zhàn)略將使政府能夠制定強(qiáng)有力的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，以解決環(huán)境問題，并在全球范圍內(nèi)大規(guī)模生產(chǎn)LIB時(shí)最大限度地減少自然資源的使用。

圖2. 經(jīng)濟(jì)和自然可持續(xù)回收中的“3R”戰(zhàn)略

圖3. 用于改進(jìn)可追溯性和電池管理系統(tǒng)的智能輔助預(yù)設(shè)計(jì)

Intelligence-assisted predesign for sustainable recycling of lithium-ion batteries and beyond, Energy & Environmental Science 2021. DOI: 10.1039/D1EE01812D

3. 大牛Stefano Passerini教授AEM: 用于高能無金屬可充電鈉海水電池的氧化還原介導(dǎo)紅磷半液態(tài)負(fù)極

鈉-海水電池（Na-SWBs）被認(rèn)為是最有前途的大規(guī)模儲(chǔ)能和海洋領(lǐng)域的電化學(xué)裝置之一。Na-SWBs正受益于海水中無限量的Na供應(yīng)，但易受到負(fù)極容量的限制，因此有必要引入高容量負(fù)極，例如紅磷。然而，由于其在充放電過程中具有極大的體積變化，獲得厚電極和大面積容量極具挑戰(zhàn)性。

在此，德國烏爾姆亥姆霍茲研究所（HIU）Stefano Passerini, Guk-Tae Kim及韓國蔚山科學(xué)技術(shù)院（UNIST）Youngsik Kim等人提出了一種基于氧化還原介質(zhì)的紅磷半液態(tài)負(fù)極（Na-PAHs），與具有Na⁺離子選擇性的電子絕緣固體電解質(zhì)膜（NASICON）組成無金屬Na-SWB。Na-PAHs的負(fù)極電解液（Na-BP和Na-Pyr）作為紅磷活性物質(zhì)的氧化還原介質(zhì)，能夠促進(jìn)紅磷活性物質(zhì)的鈉化/脫鈉。

因此，在室溫下采用靜態(tài)負(fù)極中的半液態(tài)電極可以獲得約11 mAh cm^-2的Na半電池和15 mAh cm^-2的Na-SWB的面容量。此外，通過在外部儲(chǔ)槽中積累半液態(tài)負(fù)極，即在全氧化還原液流電池配置中可以提高儲(chǔ)能性能。這同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了半液態(tài)負(fù)極的連續(xù)調(diào)節(jié)，以補(bǔ)償降解現(xiàn)象。本研究提出的半液態(tài)負(fù)極使得Na-SWB在未來大規(guī)模固定儲(chǔ)能中具有巨大的應(yīng)用潛力。

圖1. 氧化還原介質(zhì)在紅磷半液態(tài)負(fù)極中的作用

圖2. 采用紅磷半液態(tài)負(fù)極的三電極鈉海水全電池的表征

Redox-Mediated Red-Phosphorous Semi-Liquid Anode Enabling Metal-Free Rechargeable Na-Seawater Batteries with High Energy Density, Advanced Energy Materials 2021. DOI: 10.1002/aenm.202102061

4. 河工大王亞平AFM: 具有織構(gòu)晶面和功能性鋅化合物涂層的穩(wěn)定鋅金屬負(fù)極

不均勻的電沉積和較差的耐腐蝕性是實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定鋅金屬負(fù)極的根本障礙，表面/界面改性是調(diào)節(jié)鋅電極化學(xué)性質(zhì)的有效策略，因此非常需要調(diào)節(jié)Zn的晶體結(jié)構(gòu)以提高Zn金屬負(fù)極的性能。

在此，河北工業(yè)大學(xué)王亞平等人基于對(duì)具有高表面能和低結(jié)合能的Zn原子晶面的選擇性腐蝕，選擇一種簡單的酸蝕刻方法來實(shí)現(xiàn)Zn的晶體織構(gòu)工程。所獲得的(002)_Zn織構(gòu)Zn電極可以促進(jìn)無枝晶沉積并抑制副反應(yīng)。用于蝕刻鋅的酸可以產(chǎn)生功能性鋅化合物作為界面物質(zhì)，這些鋅化合物可形成與Zn電極具有強(qiáng)粘附力的界面層，可以增強(qiáng)Zn²⁺離子動(dòng)力學(xué)并調(diào)節(jié)沉積/溶解行為。

由于增強(qiáng)的耐腐蝕性和改善的鋅沉積/溶解行為，所獲得的鋅化合物@Zn電極與裸鋅相比表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能。具有更高織構(gòu)程度和更致密涂層的磷酸鋅@Zn（PPZ@Zn）電極可以在1 mA cm^-2的電流密度下在Zn對(duì)稱電池中穩(wěn)定循環(huán)超過3000小時(shí)。LiFePO₄/C||PPZ@Zn和CNT/MnO₂||PPZ@Zn全電池也表現(xiàn)出穩(wěn)定的高容量和快速的動(dòng)力學(xué)。這項(xiàng)研究為高性能水系鋅金屬負(fù)極提供了一個(gè)結(jié)合表面和界面改性的新方法。

圖1. 裸鋅與改性鋅負(fù)極的表征

圖2. 基于改性鋅負(fù)極的全電池的電化學(xué)性能

Stable Zinc Metal Anodes with Textured Crystal Faces and Functional Zinc Compound Coatings, Advanced Functional Materials 2021. DOI: 10.1002/adfm.202106114

5. 大連理工胡方圓ACS Nano: 用于高穩(wěn)定性鋰硫電池的具有環(huán)氧/合金雙硫固定機(jī)制的富硫聚合物基正極

鋰硫（Li-S）電池由于其固有的高理論能量密度、高天然豐度和低成本，在下一代儲(chǔ)能裝置中引起了極大的關(guān)注。然而，多硫化物在電解液中的溶解及其不良的穿梭行為導(dǎo)致循環(huán)性能差，阻礙了其實(shí)際應(yīng)用。

在此，大連理工大學(xué)胡方圓教授等人報(bào)告了環(huán)氧/烯丙基化合物/硫系統(tǒng)的雙硫固定機(jī)制，以制備聚（硫-無規(guī)-4-乙烯基-1,2-環(huán)氧環(huán)己烷）（SVE）共聚物作為強(qiáng)大的正極材料。受益于基于SVE的聚合物基質(zhì)中穩(wěn)定的C-S鍵和超細(xì)Li₂S/S₈的均勻分布，SVE電極發(fā)揮嵌入作用以減少多硫化物的遷移。SVE末端羥基衍生的硫代硫酸鹽/連多硫酸鹽保護(hù)層也確保了SVE電極的循環(huán)穩(wěn)定性。

因此，優(yōu)化的SVE電極可在0.1 C的倍率下提供 1248 mA hg^-1的高可逆比容量，以及在超過400次循環(huán)中每個(gè)循環(huán)均沒有容量衰減的穩(wěn)定循環(huán)性能。作者結(jié)合在初始循環(huán)和循環(huán)后XRD、TEM、ANDEX、XPS等測試，詳細(xì)分析了SVE充放電過程中的相變和納米結(jié)構(gòu)演變。該工作為有機(jī)硫聚合物鋰硫電池的實(shí)際應(yīng)用提供了有效的策略，并激發(fā)了對(duì)環(huán)氧/烯丙基化合物/硫體系反應(yīng)機(jī)理的探索。

圖1. 環(huán)氧/烯丙基化合物/硫系統(tǒng)的雙硫固定機(jī)制

圖2. SVE電極的電化學(xué)性能

Sulfur-Rich Polymers Based Cathode with Epoxy/Ally Dual-Sulfur-Fixing Mechanism for High Stability Lithium–Sulfur Battery, ACS Nano 2021. DOI：10.1021/acsnano.1c05330

6. 潘安強(qiáng)&方國趙Small: 用于高效鋅離子存儲(chǔ)的密堆積晶格平面中的原位缺陷誘導(dǎo)

水系鋅離子電池（ZIBs）因其低成本、環(huán)保、安全性高而受到廣泛關(guān)注。ZIBs中許多正極材料的電化學(xué)性能在循環(huán)過程中經(jīng)過電化學(xué)活化后得到了極大的改善，但其背后的機(jī)制仍有待進(jìn)一步研究。

在此，中南大學(xué)潘安強(qiáng)教授、方國趙教授等人報(bào)道了水系鋅離子電池中氮氧化釩 (VN_xO_y)密堆積晶面中的電化學(xué)原位缺陷誘導(dǎo)。通過理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，原來的致密結(jié)構(gòu)不適合插入Zn²⁺，而在初始電化學(xué)活化后具有高活性并伴隨著VN_xO_y密堆積晶面中的原位缺陷誘導(dǎo)并表現(xiàn)出有效的鋅離子存儲(chǔ)。

正如預(yù)期的那樣，電化學(xué)活化后的VN_xO_y可以在1 A g^-1下達(dá)到231.4 mA hg^-1的高可逆容量，并且在10 A g^-1下循環(huán)穩(wěn)定性高達(dá)6000次，容量保持率為 94.3%。此外，3 M ZnSO₄電解液被證明有利于循環(huán)穩(wěn)定性。這項(xiàng)工作進(jìn)一步闡明了釩基可充電ZIBs的原理，為理解電化學(xué)原位轉(zhuǎn)化以獲得用于水系鋅離子電池的高活性正極材料提供了新的見解。

圖1. VN_xO_y的合成過程及XRD表征

圖2. VN_xO_y電極的電化學(xué)性能

In Situ Defect Induction in Close-Packed Lattice Plane for the Efficient Zinc Ion Storage, Small 2021. DOI: 10.1002/smll.202101944

7. 曲良體/趙揚(yáng)/趙永杰Small: 實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定全固態(tài)鈉電池的固體電解質(zhì)晶界設(shè)計(jì)

先進(jìn)的無機(jī)固體電解質(zhì)（SE）對(duì)于具有高安全性和高能量密度的全固態(tài)堿金屬電池至關(guān)重要。全固態(tài)鈉金屬電池（ASSMBs）正面臨著電極和SE之間嚴(yán)重的界面問題的挑戰(zhàn)。金屬鈉與SE的相容性差是關(guān)鍵問題之一，導(dǎo)致界面電阻大和鈉電鍍/剝離循環(huán)劣化。

在此，清華大學(xué)曲良體教授及北京理工大學(xué)趙揚(yáng)研究員、趙永杰副教授等人提出了一種新的界面設(shè)計(jì)，以解決針對(duì)ASSMB緊迫的界面穩(wěn)定性問題。通過對(duì)摻Mg²⁺的Na₃Zr₂Si₂PO₂導(dǎo)體（簡稱NZSP-xMg）的晶界相進(jìn)行調(diào)控，引入了有利的Na_3-2δMg_δPO₄主界面相，促進(jìn)了NZSP-xMg與金屬Na的致密接觸，并起到了電子屏障的作用，抑制了Na金屬枝晶向電解質(zhì)塊體的滲透。

因此，優(yōu)化的NZSP-0.2Mg電解質(zhì)具有較低的界面電阻，室溫下為93 Ω cm^-2，比Na₃Zr₂Si₂PO₂小16倍以上。具有較小極化的鍍鈉/剝離在0.3 mA cm^-2下能保持290天（7000 h）以上，代表了目前用于ASSMBs的SE最高循環(huán)穩(wěn)定性。組裝的全固態(tài)NaCrO₂//Na電池在1 C下循環(huán)1755次容量達(dá)到110 mA g^-1且?guī)缀鯖]有容量衰減。同時(shí)在5 C下實(shí)現(xiàn)了優(yōu)異的倍率性能，庫侖效率高達(dá)99.8%，因此在固態(tài)電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)中具有廣闊的應(yīng)用前景。

圖1. NZSP-0.2Mg電解質(zhì)與鈉金屬負(fù)極的界面分析

圖2. 固態(tài)NaCrO₂ /NZSP-0.2Mg/Na電池的電化學(xué)性能

Grain Boundary Design of Solid Electrolyte Actualizing Stable All-Solid-State Sodium Batteries, Small 2021. DOI: 10.1002/smll.202103819

8. 韓國科學(xué)技術(shù)院JACS: 2D多孔無機(jī)納米硬幣作為穩(wěn)定鋰硫電池的超薄多功能層

具有多孔性的二維 (2D) 無機(jī)納米材料具有獨(dú)特的尺寸相關(guān)特性、高比表面積和優(yōu)異的質(zhì)量傳輸，在能量轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)的各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用十分廣闊。由于尺寸特征和高孔隙率，2D多孔無機(jī)納米材料具有有趣的特性，但圓形2D形狀的受控生產(chǎn)仍然具有挑戰(zhàn)性。

在此，韓國科學(xué)技術(shù)院（KAIST）Jinwoo Lee等人設(shè)計(jì)了一種簡單的方法，通過在聚合物-聚合物界面集成嵌段共聚物 (BCP) 自組裝和微疇的取向控制來生產(chǎn)二維多孔無機(jī)納米硬幣 (NC)。含有BCP和均聚（甲基丙烯酸甲酯）（hPMMA）的多組分混合物設(shè)計(jì)用于先進(jìn)行宏觀相分離，然后進(jìn)行微相分離。BCP平衡的界面兼容性允許在富含BCP的相和hPMMA基質(zhì)之間的界面處垂直取向的層狀組裝，層狀結(jié)構(gòu)的分解和煅燒產(chǎn)生被微孔穿孔的超薄二維無機(jī)NC。

這種方法可以控制 NC 的厚度、尺寸和化學(xué)成分。2D多孔酸性鋁硅酸鹽NC (AS-NC) 用于制造鋰硫電池的超薄輕質(zhì)功能隔膜。AS-NC層充當(dāng)離子篩以選擇性地阻止多硫化鋰。豐富的酸性位點(diǎn)用于化學(xué)捕獲多硫化物，并通過微孔將其排除在外，因此硫的利用率和循環(huán)穩(wěn)定性增加。這項(xiàng)研究提供了對(duì)基于聚合物的多組分混合物的相行為的理解，并深入了解了具有許多應(yīng)用的新型二維多孔無機(jī)材料的合成。

圖1. 2D多孔無機(jī)納米硬幣的合成示意圖

圖2. 基于AS-NC隔膜的鋰硫電池的電化學(xué)性能

Polymer Interface-Dependent Morphological Transition toward Two-Dimensional Porous Inorganic Nanocoins as an Ultrathin Multifunctional Layer for Stable Lithium–Sulfur Batteries, Journal of the American Chemical Society 2021. DOI: 10.1021/jacs.1c05562

原創(chuàng)文章，作者：科研小搬磚，如若轉(zhuǎn)載，請(qǐng)注明來源華算科技，注明出處：http://www.xiubac.cn/index.php/2023/10/23/e1d775179a/

国产三级精品三级在线观看,国产高清无码在线观看,中文字幕日本人妻久久久免费,亚洲精品午夜无码电影网

?電池頂刊集錦！EES、AEM、AFM、JACS、ACS Nano、Small等最新成果速覽

相關(guān)推薦

?電池頂刊集錦！EES、AEM、AFM、JACS、ACS Nano、Small等最新成果速覽