1.?綜述：用于先進電化學儲能設(shè)備的木材衍生材料

在過去的數(shù)十年中，木材及其衍生材料被廣泛開發(fā)應(yīng)用于各種功能器件的研究。除了可再生、環(huán)境友好、儲量豐富和可生物降解之外，木材衍生材料還有幾個獨特的優(yōu)點，包括多級孔結(jié)構(gòu)、優(yōu)異的機械性能以及功能可調(diào)等特性，使它們非常適合應(yīng)用于制備高效能量存儲和轉(zhuǎn)換器件的電極材料。

近日，華南理工大學的黃建林團隊和美國佐治亞理工學院劉美林綜述了木材及其衍生材料應(yīng)用于電化學儲能器件的最新研究進展，著重討論了其在超級電容器、鋰/鈉離子電池、鋰硫等儲能器件中的應(yīng)用，深入、全面討論了電極的微/納米結(jié)構(gòu)設(shè)計以及它們對電化學性能（能量和功率密度以及耐久性）的影響。?

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最后，總結(jié)了木材及其衍生材料應(yīng)用于電化學儲能方向所面臨的挑戰(zhàn)，并給出了相應(yīng)的解決方案，以及對該領(lǐng)域未來的研究方向提出了建設(shè)性意見。

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201902255

2.?電催化劑：利用三維樹皮狀氮摻雜碳合成超薄硼酸鹽納米網(wǎng)狀材料

超薄納米網(wǎng)狀材料完美地繼承了二維超薄材料和多孔納米結(jié)構(gòu)的綜合優(yōu)勢，在催化和電子器件方面顯示出巨大的應(yīng)用潛力。

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深圳大學何傳新團隊介紹了利用三維樹皮裝氮摻雜碳為納米反應(yīng)器來合成超薄金屬硼酸鹽（例Co‐B_i, Ni‐B_i, 和 Fe‐B_i）的一般方法。這種方式是直接合成的，沒有使用模板，只包括金屬陽離子和硼氫化鈉之間的一步反應(yīng)。作為納米反應(yīng)器的材料來自荔枝外果皮的生物質(zhì)廢棄物。

這種材料具有低成本，斷裂的紋理和多孔納米結(jié)構(gòu)（比表面積為1915.5m²g^-1），電負性表面（zeta電位：-43mV）和超親水性等多項獨特優(yōu)勢，能夠強有力吸附金屬陽離子，有效控制二位納米粒子的生長。按照這種方法合成的Co-Bi 和Ru-Co-Bi納米粒子在析氫和析氧反應(yīng)中表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。

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令人印象深刻的是，基于Co-Bi和Ru-Co-Bi納米粒子的水分解裝置能夠在1.53V的小電池電壓下實現(xiàn)10 mA cm^-2的電流密度。因此，這項工作為快速合成超薄金屬納米網(wǎng)狀材料開辟了新的途徑。

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aenm.201901130

3.?用于高性能鋰金屬電池的層間無枝晶鋰鍍層

鋰金屬由于其高理論容量和低氧化還原電位，被認為是最有前途的下一代電池負極材料之一。然而鋰金屬負極的應(yīng)用受到鋰枝晶的阻礙，鋰枝晶是嵌鋰和脫鋰過程中形成的，容易導致安全問題。研究人員試圖通過對鋰層進行空間限制來解決這個問題。然而，如何有效地將Li沉積到密閉空間中仍是一個挑戰(zhàn)。

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電子科技大學康毅進團隊在石墨化C3N4(g-C3N4)和碳布（CC）之間構(gòu)建中間層，實現(xiàn)了原位形成無枝晶鋰鍍層。g‐C3N4/CC作為負極電極材料，在2 mA cm^-2 的充放電電流密度下過電位僅為約80mV，能夠在超過1500 h的時間內(nèi)保持卓越的循環(huán)穩(wěn)定性。此外，全電池(Li/g‐C3N4/CC為負極，LiCoO2為正極)的庫侖效率在300圈以上達到99.4%。

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201901662

4.?石墨負極用于鉀離子電池具有前所未有的性能

石墨負極作為鉀離子電池（PIB）的負極具有低成本和高能量密度的優(yōu)點，但也具有循環(huán)時間有限和穩(wěn)定性較差等局限性。

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湖南大學魯兵安團隊使用濃縮電解質(zhì)設(shè)計，證明在石墨負極上形成堅固的無機富鉀鈍化層可以解決這些問題。結(jié)果表明，具有石墨負極的鉀離子電池可以運行超過2000個循環(huán)（運行時間超過17個月），容量衰減可以忽略，并且其面積比容量能夠超過7.36mAh cm^-2，密度能夠達到28.56mg cm^-2。

使用石墨作為負極的鉀離子電池擁有的這些前所未有的性能可以與鋰離子電池相媲美，有望推動高性能鉀離子電池的快速發(fā)展。

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201904258

5.?鉀離子電池負極：硫接枝空心碳球

對鉀離子來說，富硫碳被開發(fā)得很少。克拉克森大學的David Mitlin團隊及天津大學的鐘澄團隊合作開發(fā)了一種硫接枝的空心碳球（SHCS）鉀離子負極材料，材料中硫（38% wt%）與碳基體形成了化學鍵。

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SHCS結(jié)構(gòu)提供了納米級(≈40nm)擴散距離和C-S化學鍵合的組合，能夠?qū)崿F(xiàn)最小化的循環(huán)容量衰減和庫倫效率損失。SHCS的可逆容量為581mAhg^?1 (0.025 A g^?1)，是目前報道的最高可逆容量。

對無硫的碳基體進行電化學分析，發(fā)現(xiàn)無論是碳基體還是硫都有很高的化學活性。SHCS也顯示出優(yōu)異的倍率性能，在1.5、3和5mAh g^-1時能分別達到202、160、110mAh g^-1.電池在3A g^-1時的第5-1000次循環(huán)中能夠保持93%的容量，穩(wěn)態(tài)庫倫效率能接近100%。

拉曼分析表明，相對于K / K⁺， C-S和S-S鍵的可逆斷裂的電勢為0.01V。恒電流間歇滴定技術(shù)(GITT)分析提供了電壓相關(guān)的K⁺擴散系數(shù)，在嵌鉀和脫鉀時，擴散系數(shù)范圍在10 ^-10到10 ^{– 12}cm²S^-1之間。

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201900429