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鈉儲(chǔ)量豐富，成本低，安全，與化石燃料相比，更加清潔，電化學(xué)系統(tǒng)的效率也更高，因此電化學(xué)儲(chǔ)存和捕獲鈉被認(rèn)為是一種很有潛力的技術(shù)。盡管鈉離子與鋰離子在物理和化學(xué)上有相似之處，但在一些方面存在很大差異，因此電極材料的結(jié)構(gòu)和化學(xué)結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)計(jì)為高效的鈉儲(chǔ)存和捕獲技術(shù)。

成均館大學(xué)Ho Seok Park及Jun Young Lee 課題組介紹了用于鈉離子電池(SIBs)、鈉離子電容器(SICs)和電容去離子化(CDI)的碳材料結(jié)構(gòu)和化學(xué)的合理設(shè)計(jì)。將碳材料分為有序碳和無序碳、納米尺寸碳和納米孔碳，討論了合成參數(shù)對碳結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)的影響。這些碳材料的鈉儲(chǔ)存機(jī)理和性能與關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)/化學(xué)因素有關(guān)，包括層間距、晶粒尺寸、多孔性、微/納米結(jié)構(gòu)、形貌、表面化學(xué)、雜原子摻入和雜化。最后，對當(dāng)前SIBs、SICs和CDI的發(fā)展障礙和未來的研究方向提出了展望。

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201803444

由于鈣離子的多電子、優(yōu)越的動(dòng)力學(xué)特性以及豐富儲(chǔ)量(鋰的2500倍)，基于鈣離子的設(shè)備是下一代高性能、低成本儲(chǔ)能的理想選擇。由于缺乏合適的電極材料和電解質(zhì)的搭配，完整的鈣離子儲(chǔ)能裝還無法獲得令人滿意的性能。

中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院唐永炳研究員課題組定義了多離子反應(yīng)策略，以構(gòu)建一個(gè)完整的鈣離子儲(chǔ)能裝置，并有意采用電容-電池混合機(jī)制。得益于精心設(shè)計(jì)，它具有92毫安時(shí)每克的高可逆容量，無與倫比的速率能力，以及在室溫下超過1000次循環(huán)的84%的高容量保持能力，這是目前報(bào)道的基于鈣離子的儲(chǔ)能設(shè)備的最佳性能。

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/aenm.201803865

析氫反應(yīng)(HER)是水裂解的關(guān)鍵反應(yīng)之一，為其開發(fā)高效、穩(wěn)定的非貴金屬電催化劑仍是大規(guī)模制氫的一大挑戰(zhàn)。

北京化工大學(xué)曹達(dá)鵬及程道建團(tuán)隊(duì)首次報(bào)道了一種以CoP納米陣列為核心，以N,P‐摻雜碳(NPC)為殼層(CoP/NPC/TF)，在Ti箔上生長的垂直排列的核-殼結(jié)構(gòu)是一種高效的電催化劑。結(jié)果表明，在酸性和堿性溶液中，CoP/NPC/TF僅需要91 mV和80 mV的過電位即可驅(qū)動(dòng)電流密度為10mA cm^{?– 2}。電化學(xué)測試和理論計(jì)算表明，CoP納米棒核和多孔NPC殼層的協(xié)同作用顯著提高了其性能，因?yàn)槎嗫譔PC殼層的引入不僅提供了更多的活性中心，而且提高了樣品在酸性和堿性溶液中的電導(dǎo)率和耐久性。密度泛函理論計(jì)算進(jìn)一步表明，COP/NPC中N和P原子之間的所有C原子都是最有效的活性中心，這極大地提高了HER的性能。本工作中活性物種的識(shí)別為設(shè)計(jì)和合成低成本、高效率、高活性的COP基電催化劑提供了一種有效的策略。

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201803970

一種基于鉀離子(K+)的混合離子電容器(HIC)是一種新型的大功率中間能源設(shè)備件，它可能在拉貢圖空間中占據(jù)獨(dú)特的位置。

克拉克森大學(xué)的David Mitlin及電子科技大學(xué)的吳孟強(qiáng)團(tuán)隊(duì)提供了鉀離子電容器(KIC)與已知的鈉離子電容器的直接性能比較。實(shí)驗(yàn)采用非對稱結(jié)構(gòu)進(jìn)行，該結(jié)構(gòu)基于塊狀離子插入、部分有序、致密碳陽極(硬碳，HC)對富含N‐和O‐的離子吸附、高表面積、陰極(活性炭，AC)。同時(shí)分析了一種經(jīng)典的對稱“超級(jí)電容式”AC-AC結(jié)構(gòu)。對于不對稱的鉀離子基HC-AC器件，離子插入陽極有明顯的高速率限制，使其遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于鈉基HC-AC器件。一個(gè)更大的充放電滯后(過電位)，材料顯示出超過一個(gè)數(shù)量級(jí)的阻抗以及較差的循環(huán)能力。然而，基于鉀離子的AC-AC設(shè)備獲得了與基于鈉離子同等設(shè)備相當(dāng)?shù)牡哪芰俊⒐β屎涂裳h(huán)性。因此，盡管KICs在科學(xué)上非常有趣，但需要做更多的工作來調(diào)整“鈉離子——繼承”致密碳陽極和電解質(zhì)的結(jié)構(gòu)，以獲得滿意的K離子插入。相反，利用現(xiàn)有的許多高表面積吸附碳進(jìn)行快速K應(yīng)用是有可能的。

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.201802272

分級(jí)多孔材料(HPM)由于其多孔結(jié)構(gòu)有利于電解質(zhì)的滲透和離子的擴(kuò)散來提高電化學(xué)性能，在不同的應(yīng)用領(lǐng)域中均被廣泛應(yīng)用。然而，實(shí)現(xiàn)HPM的多維可控合成，包括材料種類、材料成分、支撐基板以及孔徑/分布，仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

鄭州大學(xué)張鵬及大連民族大學(xué)張振翼團(tuán)隊(duì)首次提出了一種以天然蟻巢為靈感的HPM生物幾何結(jié)構(gòu)的新概念。此外，還提出了一種簡便、通用的方法來實(shí)現(xiàn)蟻巢結(jié)構(gòu)HPM的多維可控合成。進(jìn)一步研究表明，在超級(jí)電容器中，在多孔集電體上原位構(gòu)建蟻巢結(jié)構(gòu)碳基集成電極，與普通粉末和獨(dú)立式材料相比，可分別提高近70%和45%的比電容。此外，該合成路線可以方便地?cái)U(kuò)展到獲得蟻巢結(jié)構(gòu)的CuOx，該結(jié)構(gòu)對葡萄糖檢測的靈敏度提高了5倍。這種仿生分層多孔結(jié)構(gòu)在電化學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域具有重要意義。

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.201808994