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1. 港城大/暨大ACS Nano：通過(guò)預(yù)鈍化獲得高性能鉀金屬電池

鉀（K）金屬電池由于其低廉的價(jià)格、廣泛的分布和相當(dāng)?shù)哪芰棵芏榷鹆藰O大的關(guān)注。然而，由于高環(huán)境敏感性，K金屬存在枝晶生長(zhǎng)和副反應(yīng)的問(wèn)題，這是其商業(yè)應(yīng)用的致命弱點(diǎn)。集流體和K金屬之間的界面工程可以為K離子通量的調(diào)節(jié)、枝晶生長(zhǎng)和寄生反應(yīng)的抑制等定制表面特性。

香港城市大學(xué)洪果、暨南大學(xué)黎晉良等通過(guò)預(yù)鈍化設(shè)計(jì)了雙功能層，它是一種富含O/F的Sn-K合金的預(yù)制固體電解質(zhì)界面（SEI）層。

圖1 雙功能層的表征

具體而言，這樣的結(jié)構(gòu)是通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的預(yù)鈍化策略實(shí)現(xiàn)的，其中Cu泡沫被Sn-K合金和人工SEI層（Cu@SKS）包裹。Sn-K合金富含氧（O）和氟（F）元素，具有高度親鉀性和物理化學(xué)穩(wěn)定性。

強(qiáng)大的K結(jié)合能（E_b）使該合金具有極大的親和力，有助于K原子的均勻成核和沉積。自發(fā)形成的具有內(nèi)在兼容性的SEI層抑制了首次沉積過(guò)程前的寄生消耗。在隨后的循環(huán)中，合金呈現(xiàn)出氟化鉀（KF）的低費(fèi)米能（E_f），這對(duì)K原子的重新分布起到了長(zhǎng)期和適當(dāng)?shù)淖璧K作用。因此，K金屬的沉積和保護(hù)可以分別由內(nèi)部的成核誘導(dǎo)合金和外部的改進(jìn)SEI層同時(shí)實(shí)現(xiàn)。

圖2 被SEI保護(hù)的K金屬

受益于上述優(yōu)點(diǎn)，Cu@SKS負(fù)極表現(xiàn)出令人印象深刻的可逆性，平均CE高達(dá)99.1%，長(zhǎng)循環(huán)超過(guò)900小時(shí)（1 mA cm^-2，1 mAh cm^-2），過(guò)電位低至0.066 V。此外，普魯士藍(lán)類(lèi)似物（PBA）正極在與Cu@SKS上的K金屬匹配后也提供了400次循環(huán)的優(yōu)異電化學(xué)性能?？傮w而言，這項(xiàng)工作提供了對(duì)雙功能層的合理理解和設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)堿金屬負(fù)極更苛刻的沉積和保護(hù)。

圖3 電化學(xué)性能

Bifunctional Alloy/Solid-Electrolyte Interphase Layer for Enhanced Potassium Metal Batteries Via Prepassivation. ACS Nano 2023. DOI: 10.1021/acsnano.2c10535

2. 華理/中科院ACS Nano：MXene異質(zhì)結(jié)構(gòu)助力Li-S電池800次穩(wěn)定循環(huán)

鋰硫（Li–S）電池與傳統(tǒng)鋰離子電池相比，具有無(wú)與倫比的理論容量和能量密度，但由于鋰離子傳輸動(dòng)力學(xué)較低，Li–S電池存在“穿梭效應(yīng)”和轉(zhuǎn)化動(dòng)力學(xué)緩慢的問(wèn)題，這會(huì)導(dǎo)致容量快速下降。

華東理工大學(xué)詹亮、王艷莉、張永正、中科院蘇州納米所王健等通過(guò)在MXene納米片（表示為OMC-g-MXene）上均勻接枝介孔碳來(lái)制備催化性二維異質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，以作為L(zhǎng)i–S電池中的界面動(dòng)力學(xué)加速器。

圖1 材料制備及表征

在該設(shè)計(jì)中，異質(zhì)結(jié)構(gòu)中的接枝介孔碳不僅可以防止具有增強(qiáng)的機(jī)械性能的MXene納米片的堆疊，而且可以提供加速離子擴(kuò)散的便利泵。同時(shí)，暴露的富含缺陷的OMC-g-MXene異質(zhì)結(jié)構(gòu)抑制了多硫化物在OMC-g-MXene和多硫化物之間的化學(xué)相互作用下的穿梭，從而同時(shí)增強(qiáng)了電化學(xué)轉(zhuǎn)化動(dòng)力學(xué)和效率。

圖2 多硫化物的吸附、轉(zhuǎn)化和Li₂S的沉積實(shí)驗(yàn)

因此，采用OMC-g-MXene離子泵的Li–S電池實(shí)現(xiàn)了高循環(huán)容量（0.2C下經(jīng)過(guò)200次循環(huán)后為966 mAh g^–1）、優(yōu)異的倍率性能（5C下為537 mAh g^–1）和在1C下800次循環(huán)中每循環(huán)0.047%的超低衰減率。此外，即使在貧電解液條件下使用7.08 mg cm^–2的高硫負(fù)載正極，也獲得了4.5 mAh cm^–2的超高面容量，展示了其在未來(lái)的實(shí)際應(yīng)用。

圖3 Li–S電池的電化學(xué)性能

Ordered Mesoporous Carbon Grafted MXene Catalytic Heterostructure as Li-Ion Kinetic Pump toward High-Efficient Sulfur/Sulfide Conversions for Li–S Battery. ACS Nano 2023. DOI: 10.1021/acsnano.2c11663

3. 劉天西/陳蘇莉/馬紫峰Carbon Energy：10C循環(huán)1000次！高性能鈉電正極！

由于其低成本的理論容量，六氰化鐵鈉（FeHCF）是鈉離子電池（SIBs）最有前景的正極材料之一。然而，F(xiàn)eHCF中的Fe^LS(C)的低電化學(xué)活性拖累了它的實(shí)際容量和電壓平臺(tái)。

江南大學(xué)劉天西教授、陳蘇莉副教授、上海交通大學(xué)馬紫峰教授等通過(guò)簡(jiǎn)單的檸檬酸輔助溶熱法合成了具有高Fe^LS(C)電化學(xué)活性的FeHCF（C-FeHCF）。

圖1 溶劑熱法合成C-FeHCF的示意圖

反應(yīng)中的檸檬酸不僅作為一種酸源，而且作為一種絡(luò)合劑。合成的C-FeHCF具有相當(dāng)?shù)偷腫Fe(CN)₆]空位含量并表現(xiàn)出規(guī)則的形態(tài)。受益于C-FeHCF的高Fe^LS(C)容量，即Fe^LS(C)的高效電化學(xué)激活，作為鈉離子電池（SIBs）的正極時(shí)，C-FeHCF表現(xiàn)出顯著的循環(huán)性能和倍率能力。C-FeHCF在10 C下經(jīng)過(guò)1000次循環(huán)后放電容量為122.6 mAh g^-1，容量保持率為87.3%。在50C的超高電流密度下，其容量保持率為63.5%（與0.1C相比）。

圖2 SIB中C-FeHCF正極的電化學(xué)性能

通過(guò)d_Q/d_V分析，F(xiàn)e^LS(C)對(duì)整個(gè)容量的貢獻(xiàn)達(dá)到44.53%，接近理論值，表明成功實(shí)現(xiàn)了具有高Fe^LS(C)容量的C-FeHCF。DFT計(jì)算證實(shí)，Na在高放電平臺(tái)的部分嵌入將增強(qiáng)C-FeHCF的電子傳導(dǎo)，從而導(dǎo)致FeHS(N)的更好性能，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)電極的優(yōu)異性能。原位XRD證明了C-FeHCF在充放電過(guò)程中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，這確保了其卓越的循環(huán)穩(wěn)定性。

此外，這項(xiàng)工作還對(duì)C-FeHCF在準(zhǔn)固態(tài)SIB中的應(yīng)用進(jìn)行了評(píng)估，C-FeHCF在準(zhǔn)固態(tài)SIBs中也表現(xiàn)出了優(yōu)異的電化學(xué)性能，表明這種C-FeHCF正極在準(zhǔn)固態(tài)SIBs中實(shí)際應(yīng)用的可行性。考慮到C-FeHCF正極的容易合成和出色的電化學(xué)性能，這項(xiàng)工作為普魯士藍(lán)（PB）材料在儲(chǔ)鈉能源中的進(jìn)一步應(yīng)用提供了一條有希望的途徑。

圖3 準(zhǔn)固態(tài)SIB中C-FeHCF正極的電化學(xué)性能評(píng)估

High FeLS(C) electrochemical activity of an iron hexacyanoferrate cathode boosts superior sodium ion storage. Carbon Energy 2023. DOI: 10.1002/cey2.314

4. ACS Energy Lett.：通過(guò)物理學(xué)模型揭示高電壓正極的退化機(jī)制

盡管深度充電的高壓正極可以提高電池的能量密度，但了解和防止任何加速的電池退化對(duì)其實(shí)際成功至關(guān)重要。

石溪大學(xué)Alan C. West等基于適合循環(huán)數(shù)據(jù)的物理學(xué)模型，提供了一個(gè)可行的方法來(lái)描述電池的退化模式。

圖1 4.3/4.5V下0.5C時(shí)的電池性能及模擬結(jié)果

具體而言，為分析充電到4.3和4.5V的LiNi_xMn_yCo_1-x-yO₂（NMC）型材料的退化，這項(xiàng)工作將基于物理學(xué)的模型應(yīng)用于循環(huán)數(shù)據(jù)，以獲得指示退化模式的參數(shù)估計(jì)，這些參數(shù)被簡(jiǎn)單的電化學(xué)測(cè)試所驗(yàn)證，并通過(guò)材料表征進(jìn)一步得到解釋。這種方法有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)，包括容易獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和量化對(duì)性能影響的方式。

參數(shù)估計(jì)表明，當(dāng)Li/NMC111電池被充電到4.5V（而不是4.3V）時(shí)，觀(guān)察到更快的活性材料損失和界面阻抗增長(zhǎng)。然而，當(dāng)充電到4.5V時(shí)，在1C的循環(huán)倍率下，退化速率最初比0.5C時(shí)低。此外，在所有條件下，均觀(guān)察到鋰離子遷移率的下降，這在很大程度上與截止電壓無(wú)關(guān)。

圖2 4.3/4.5V下1C時(shí)的電池性能及模擬結(jié)果

作者通過(guò)簡(jiǎn)單的電化學(xué)測(cè)試驗(yàn)證了模型的結(jié)果，并通過(guò)先進(jìn)的材料特征進(jìn)一步解釋了這些結(jié)果。研究發(fā)現(xiàn)，活性材料的損失和鋰離子遷移率的降低是導(dǎo)致容量衰減和能量密度損失的重要因素，而功率密度的衰減則由界面阻抗的增長(zhǎng)所主導(dǎo)。

最后，這項(xiàng)工作通過(guò)能量-功率關(guān)系圖（Ragone plot）比較了不同應(yīng)用下的性能。為了擴(kuò)展，作者希望這種定量方法可以作為一座橋梁，以將任何觀(guān)察到的退化源與最終的電池性能損失聯(lián)系起來(lái)，并指導(dǎo)電池壽命優(yōu)化。

圖3 4.5V下0.5C和1.0C時(shí)電池的循環(huán)性能對(duì)比

Electrochemical Characterization of Degradation Modes of High-Voltage LixNi0.33Mn0.33Co0.33O2 Electrodes. ACS Energy Letters 2023. DOI: 10.1021/acsenergylett.2c02669

5. 東北師大Small：碳化聚合物點(diǎn)作為電解液添加劑，穩(wěn)定鋰金屬電池

電解液添加劑是抑制鋰金屬電池（LMBs）枝晶無(wú)序生長(zhǎng)的有效策略。然而，大多數(shù)添加劑的合成很復(fù)雜，并且在循環(huán)中容易分解。

東北師范大學(xué)孫海珠、佟翠艷、Yan-Fei Li等以檸檬酸和乙二胺為前體，通過(guò)微波（M-CPD）和水熱（H-CPD）法成功設(shè)計(jì)并合成了碳化聚合物點(diǎn)（CPD）作為電解液添加劑，以引導(dǎo)Li⁺的均勻沉積。

圖1 材料合成

研究顯示，含N或O的可控官能團(tuán)（尤其是吡啶-N、吡咯-N和羧基）可使CPD在電解液中至少保持穩(wěn)定3個(gè)月。同時(shí)，CPD和Li⁺之間通過(guò)靜電作用形成的團(tuán)簇有效地引導(dǎo)了鋰的均勻分散，并限制了”尖端效應(yīng)”和枝晶的形成。此外，隨著親鋰基團(tuán)的增加，形成了對(duì)電解液中Li⁺溶劑化作用的強(qiáng)烈靜電干擾，從而誘導(dǎo)了Li⁺更快的擴(kuò)散/轉(zhuǎn)移。因此，正如預(yù)期的那樣，H-CPD實(shí)現(xiàn)了超均勻的Li⁺轉(zhuǎn)移。

圖2 鋰沉積的示意和形貌

結(jié)果，含有H-CPDs的鋰/鋰對(duì)稱(chēng)電池可以穩(wěn)定地循環(huán)3700小時(shí)以上，并具有約0.38 mV的超低電壓滯后。此外，通過(guò)添加H-CPDs，實(shí)現(xiàn)了Li//LiFePO₄全電池更穩(wěn)定的長(zhǎng)時(shí)間循環(huán)，其在1C下循環(huán)200次后容量保持率高達(dá)93.8%，遠(yuǎn)高于沒(méi)有添加劑的電池（61.2%）和采用M-CPDs作為添加劑的電池（83.7%）。因此，這項(xiàng)工作中的策略為CPD作為電解液添加劑用于儲(chǔ)能裝置提供了理論方向。

圖3 全電池性能

Carbonized Polymer Dots with Controllable N, O Functional Groups as Electrolyte Additives to Achieve Stable Li Metal Batteries. Small 2023. DOI: 10.1002/smll.202206597

6. 孫靖宇A(yù)ngew：電解液雙添加劑協(xié)同實(shí)現(xiàn)5600小時(shí)循環(huán)的鋅金屬負(fù)極！

盡管鋅金屬負(fù)極具有顯著的優(yōu)點(diǎn)，但其商業(yè)化仍然受到枝晶的猖獗和臭名昭著的副反應(yīng)的阻礙。調(diào)控鋅的成核方式和沉積方向是實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定鋅負(fù)極的關(guān)鍵。

蘇州大學(xué)孫靖宇等通過(guò)木糖醇（XY）和氧化石墨烯（GO）在典型的硫酸鋅電解液中的直接協(xié)同，提出了一種電解液雙添加劑策略。

圖1 ZS和ZSXY-GO電解液中鋅負(fù)極狀態(tài)的示意圖

正如分子動(dòng)力學(xué)（MD）模擬所證實(shí)的，豐富的羥基賦予了XY定制Zn²⁺溶劑化結(jié)構(gòu)的能力。同時(shí)，GO和Zn之間自發(fā)的氧化還原反應(yīng)導(dǎo)致還原GO（rGO）層在Zn表面的自組裝，它作為一個(gè)原位人工界面層（AIL）來(lái)引導(dǎo)Zn的定向沉積。更重要的是，添加劑和鋅之間增強(qiáng)的相互作用可以協(xié)同促進(jìn)鋅成核從3D瞬時(shí)（3DI）模式轉(zhuǎn)變?yōu)?D漸進(jìn)（3DP）模式，這通過(guò)密度泛函理論（DFT）計(jì)算和計(jì)時(shí)安培法測(cè)試得到了驗(yàn)證。因此，很容易獲得無(wú)枝晶的鋅沉積。

圖2 半電池性能

受益于所設(shè)計(jì)的電解液工程，采用ZS-XY-GO電解液的對(duì)稱(chēng)電池在1.0 mA cm^-2/1.0 mAh cm^-2的條件下可獲得5600小時(shí)的長(zhǎng)壽命。它還可以在20.0 mA cm^-2/20.0 mAh cm^-2（200小時(shí)）和30.0 mA cm^-2/30.0 mAh cm^-2（87小時(shí)）的苛刻條件下保持穩(wěn)定的剝離/沉積運(yùn)行。由此產(chǎn)生的鋅離子全電池提供了令人印象深刻的循環(huán)性能，在5.0 A g^-1的條件下，經(jīng)過(guò)7600次循環(huán)后容量保持率達(dá)到84%。這種協(xié)同添加劑的使用將為先進(jìn)的電解液設(shè)計(jì)提供實(shí)用的指導(dǎo)，以實(shí)現(xiàn)水系電池的應(yīng)用。

圖3 Zn||ZnVO全電池性能

Synchronous Dual Electrolyte Additive Sustains Zn Metal Anode with 5600 h Lifespan. Angewandte Chemie International Edition 2023. DOI: 10.1002/anie.202218454

7. 陳人杰/趙騰Nano Lett.：有序聚合物基體結(jié)合LiF納米顆粒作為優(yōu)異的SEI層

鋰枝晶的不可控生長(zhǎng)和鋰/電解液界面的不穩(wěn)定性阻礙了下一代可充鋰金屬電池的發(fā)展。無(wú)機(jī)納米顆粒和聚合物的組合作為人工SEI層在調(diào)節(jié)鋰離子通量方面顯示出巨大的潛力。

北京理工大學(xué)陳人杰、趙騰等將空間受限的LiF納米顆粒設(shè)計(jì)在有序的聚合物基體中作為人工SEI層。

圖1 材料制備及表征

LiF納米顆粒通過(guò)靜電作用被限制在PVDF-HFP的分層通道中，避免了LiF納米顆粒的不均勻團(tuán)聚。LiF@多孔PVDF-HFP薄膜（LiF@PPF）可以成功地抑制電解液和鋰金屬負(fù)極之間的副反應(yīng)。此外，高介電性的PVDF-HFP使鋰金屬表面附近的電場(chǎng)均勻化，而球磨LiF納米顆粒的排列縮短了通過(guò)人工SEI的離子傳輸路徑。無(wú)機(jī)和有機(jī)材料的結(jié)合提供了足夠的韌性和強(qiáng)度，有利于對(duì)鋰枝晶進(jìn)行物理抑制。

圖2 半電池性能

因此，當(dāng)在碳酸酯電解液中以1 mA/cm²的電流密度工作時(shí)，鋰/鋰對(duì)稱(chēng)電池可以循環(huán)900小時(shí)以上。當(dāng)與磷酸鐵鋰正極配對(duì)時(shí)，即使在9.5 μL mAh^-1的貧電解液條件下，配備該負(fù)極的全電池也顯示出更長(zhǎng)的循環(huán)穩(wěn)定性和出色的倍率性能?？傮w而言，這項(xiàng)工作為鋰金屬負(fù)極保護(hù)膜的設(shè)計(jì)提供了一個(gè)新的策略，并在鋰金屬負(fù)極的實(shí)際利用中具有很大的前景。

圖3 全電池性能

Spatially Confined LiF Nanoparticles in an Aligned Polymer Matrix as the Artificial SEI Layer for Lithium Metal Anodes. Nano Letters 2022. DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c04242

8. 黃維院士/艾偉AM：邁向?qū)嵱玫匿囯x子電池，石墨烯負(fù)極的回顧與展望

石墨烯早已被認(rèn)為是下一代鋰離子電池（LIBs）的潛在負(fù)極。過(guò)去的十年見(jiàn)證了石墨烯負(fù)極的快速發(fā)展，到目前為止已經(jīng)取得了相當(dāng)大的突破。

西北工業(yè)大學(xué)黃維院士、艾偉等重點(diǎn)介紹了石墨烯負(fù)極在形態(tài)工程、表面改性、雜原子摻雜和化學(xué)功能化以及無(wú)粘結(jié)劑和自支撐電極配置的基礎(chǔ)上用于下一代LIBs的進(jìn)展。具體來(lái)說(shuō)，形態(tài)工程使石墨烯負(fù)極具有高的表面積，便于電解液的進(jìn)入，豐富的活性位點(diǎn)便于鋰的容納，并縮短了鋰離子的固態(tài)擴(kuò)散長(zhǎng)度。表面改性使石墨烯負(fù)極具有突出的表面結(jié)構(gòu)和功能特性，因此具有顯著的電化學(xué)性能。雜原子摻雜導(dǎo)致石墨烯中電荷的重新分布和結(jié)構(gòu)的扭曲，這有利于抑制石墨烯片的聚集。

此外，所產(chǎn)生的拓?fù)淙毕菘梢源龠M(jìn)額外的鋰存儲(chǔ)和極好的倍率能力?；瘜W(xué)功能化，包括將氧化還原物質(zhì)、空間位阻基團(tuán)和鹵素共價(jià)連接到石墨烯上，這將抑制石墨烯層的聚集，提供額外的活性點(diǎn)，并為離子和電子的傳輸提供快速通道。在談到新型電極結(jié)構(gòu)時(shí)，不使用聚合物粘結(jié)劑的無(wú)粘結(jié)劑電極不僅確保了活性材料的更高利用率，而且向綠色電池的發(fā)展邁進(jìn)了一步。另一方面，自支撐石墨烯紙電極具有輕質(zhì)和機(jī)械柔性的特點(diǎn)，對(duì)未來(lái)的柔性和可穿戴電子設(shè)備有很大的前景。最后，作者強(qiáng)調(diào)了實(shí)際可用的石墨烯負(fù)極在先進(jìn)LIBs中的剩余挑戰(zhàn)和未來(lái)機(jī)會(huì)。

圖1 本文的主要內(nèi)容概述

在這篇綜述中，作者旨在為石墨烯負(fù)極邁向?qū)嵱玫匿囯x子電池提供一個(gè)研究路線(xiàn)圖。首先介紹了石墨烯的儲(chǔ)鋰機(jī)制，然后全面總結(jié)了改善其電化學(xué)性能的方法。首先，具有多孔、球狀、帶狀、缺陷和孔狀結(jié)構(gòu)的形態(tài)工程石墨烯負(fù)極顯示出更好的容量和倍率性能，因?yàn)樗鼈兙哂懈叩目衫帽砻娣e、相互連接的擴(kuò)散通道和足夠的活性點(diǎn)。

同時(shí)，討論了表面改性的石墨烯負(fù)極具有較少的聚集、快速的電子/離子傳輸和最佳的SEI，表明了石墨烯的表面結(jié)構(gòu)和電化學(xué)活性之間的密切聯(lián)系。其次，概述了通過(guò)雜原子摻雜和共價(jià)功能化制備的石墨烯衍生物負(fù)極，由于額外引入的缺陷/活性位點(diǎn)可進(jìn)一步容納鋰，這些負(fù)極在提高鋰存儲(chǔ)性能方面顯示出巨大優(yōu)勢(shì)。此外，還介紹了無(wú)粘結(jié)劑和自支撐石墨烯電極，它們對(duì)高能量密度和柔性鋰離子電池有很大的前景。

圖2 多孔石墨烯的應(yīng)用

盡管在過(guò)去幾年中取得了很大進(jìn)展，但在石墨烯負(fù)極的實(shí)際應(yīng)用之前，仍有許多關(guān)鍵挑戰(zhàn)必須克服。未來(lái)的研究方向可歸納為以下幾個(gè)方面：

（1）首效。雖然石墨烯負(fù)極的容量有了明顯的提高，但初始CE普遍低于70%，這嚴(yán)重制約了其實(shí)際應(yīng)用。一個(gè)有效的策略是優(yōu)化結(jié)構(gòu)，以降低石墨烯和電解液之間的接觸面積，從而減少副反應(yīng)。此外，預(yù)鋰化技術(shù)在通過(guò)預(yù)設(shè)額外的鋰源來(lái)補(bǔ)償初始鋰損失方面顯示出巨大的優(yōu)勢(shì)，是改善初始CE的另一個(gè)有效途徑。然而，需要進(jìn)一步探索處理預(yù)鋰化過(guò)程中的苛刻加工條件和殘留物；

（2）電壓滯后。電壓滯后（極化）是指充電和放電平臺(tái)之間的電位差，通常會(huì)導(dǎo)致電池的低能量效率（<80%）和差熱管理。人們普遍認(rèn)為，多孔結(jié)構(gòu)有利于降低電壓滯后，然而，多孔性是一把雙刃劍，它進(jìn)一步損害了石墨烯負(fù)極的振實(shí)密度，從而降低了重量密度和體積能量密度。因此，進(jìn)一步優(yōu)化孔隙結(jié)構(gòu)和電極結(jié)構(gòu)是可取的，以實(shí)現(xiàn)低電壓滯后和高體積能量密度，走向?qū)嶋H應(yīng)用；

（3）研究范式。盡管有超高的容量和倍率能力，但相應(yīng)的電極材料的負(fù)載通常沒(méi)有說(shuō)明或非常低（<2 mg cm^-2）。此外，在評(píng)估電極材料的儲(chǔ)鋰性能時(shí)，通常會(huì)使用過(guò)多的電解液，這對(duì)鋰離子電池的能量密度是不利的。因此，在進(jìn)一步研究石墨烯基鋰離子電池時(shí)，應(yīng)考慮高質(zhì)量負(fù)載（>10 mg cm^-2）和低電解液用量（<5 μL cm^-2）。此外，在大多數(shù)情況下，石墨烯的電化學(xué)性能只在以鋰金屬為對(duì)電極的半電池中進(jìn)行研究，這可能無(wú)法反映候選材料在實(shí)際情況下的實(shí)用性能。在全電池甚至是軟包電池中進(jìn)行的測(cè)試對(duì)于評(píng)估石墨烯電極的實(shí)際應(yīng)用性是至關(guān)重要的；

（4）實(shí)際應(yīng)用。盡管石墨烯負(fù)極在實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)中取得了顯著的電化學(xué)性能，但在大規(guī)模應(yīng)用中也存在固有的問(wèn)題。例如，高的表面能導(dǎo)致石墨烯容易重新堆積，從而導(dǎo)致高的漿料粘度，這對(duì)漿料制備和涂層工藝構(gòu)成巨大挑戰(zhàn)。此外，以低成本批量制備具有可控形貌的高質(zhì)量石墨烯仍然是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。因此，迫切需要研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)之間的進(jìn)一步合作。此外，鑒于石墨烯基材料在其他新興的電化學(xué)儲(chǔ)能裝置中也存在巨大的潛力，如金屬電池、Li-S電池和Na/K-離子電池，跨學(xué)科的研究將促進(jìn)其實(shí)際應(yīng)用。

圖3 硫摻雜石墨烯

On the Road to the Frontiers of Lithium-ion Batteries: A Review and Outlook of Graphene Anodes. Advanced Materials 2023. DOI: 10.1002/adma.202210734

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