freexxxsexvideo,国产在线第一区二区三区,丁香五香天堂网

1. 晏成林/錢濤AM：一文讀懂，鋰硫電池中多硫化物該不該溶？

電池日報，8篇頂刊：陳忠偉、郭再萍、晏成林、魯兵安、王海燕、汪的華、高秋明、秦志輝、唐有根等成果！

基于Li-S化學的可充電池因其超高的比容量和能量密度而顯示出成為下一代儲能裝置的可能性。過去十多年的研究表明，多硫化鋰（LPSs）在電解液中的形態(tài)（可溶或不溶）對電池性能起著決定性作用。早期的研究主要集中在抑制LPSs的溶解，并為實現(xiàn)這一目標投入了大量的精力。然而，近年來，出現(xiàn)了一個完全不同的觀點，即在電池放電/充電過程中應促進LPSs的溶解。因此，在Li-S電池大規(guī)模應用的關鍵時刻，是時候總結和討論矛盾的雙方了。

蘇州大學晏成林、南通大學錢濤等概述了關于可溶性和不可溶性LPSs的兩種相反觀點，包括它們的歷史環(huán)境、經(jīng)典策略、優(yōu)劣勢。最后，基于對迄今為止進行的研究的多角度回顧，預測了Li-S電池中LPSs的未來形態(tài)，并對這一猜想背后的原因進行了深入討論。

圖1. Li-S電池的反應過程及帶來的問題

在目前的結構（硫/碳復合正極、醚基電解液和鋰負極）中，Li-S電池經(jīng)歷了復雜的溶液介導機制，其中涉及復雜的中間相變。早期的觀點將Li-S電池的失效歸因于液相反應區(qū)域，即LPSs在電解液中溶解并穿梭；這引起了人們對解決這個棘手問題的濃厚興趣，尤其是在2009年Nazar等人發(fā)表關于CMK/硫復合正極的文章之后。不久之后，研究人員基于電極納米微結構和電解液設計，開發(fā)了多種抑制LPSs溶解和穿梭的策略，涉及空間限制、物理/化學吸附和溶劑化結構等原理。然而，盡管取得了一些成功，但Li-S電池的實際應用距離完全實現(xiàn)還有很長的路要走。

隨著對該課題研究的不斷深入，抑制LPSs溶解策略的主要缺點逐漸暴露出來：硫及其后續(xù)中間體的固有絕緣性導致固-固轉化過程緩慢。特別是，Li-S電池的高能量密度（≥400 Wh kg^-1）取決于嚴格限制電解液的使用，其中電解液與硫的質量比應小于 5（E/S ≤ 5 μL mg^-1)。此外，這種貧電解液條件進一步嚴重抑制了硫還原反應（SRR）動力學，阻止了Li-S電池在實際電池中充分利用元素硫無與倫比的理論容量。這種困境迫使研究人員打破陳規(guī)，尋求其他新方法來充分發(fā)揮Li-S電池的潛力。

圖2. 抑制LPSs的溶解

從目前的討論可以推斷，Li-S電池本質上是可溶性和不溶性LPSs之間的悖論?！懊苁峭苿右磺邪l(fā)展的動力?！币虼?，很難判斷未來Li-S電池中LPSs應該是什么狀態(tài)（可溶或不溶）。一種共識是LPSs的形態(tài)應根據(jù)實際應用場景進行設計。抑制LPSs溶解所產(chǎn)生的高穩(wěn)定性和安全性表明它適用于為智能手機、相機、電動自行車等小型電子產(chǎn)品或低速電動汽車(LSEV)提供動力，這些產(chǎn)品的工作頻率很高，并且不需要超高能量密度。另一方面，由于促進LPSs溶解而增強的動力學性能的Li-S電池適用于極端環(huán)境，例如空間電力系統(tǒng)、極地/深水探索和高海拔環(huán)境。此外，促進LPSs的溶解使正極保持在流體狀態(tài)，這為將Li-S化學應用于氧化還原液流電池進行大規(guī)模儲能創(chuàng)造了潛力。

圖3. 促進LPSs的溶解

在抑制LPSs溶解的情況下，可行的策略是在正極中引入活性催化材料，以降低固固反應的能壘。考慮到SRR和氧還原反應(ORR)之間的相似性，一個絕妙的策略是根據(jù)過去對ORR催化機制的研究，設計能夠促進SRR過程的催化劑。此外，正極中推薦的催化劑含量不應高于10 wt%，以避免影響電池的整體能量密度。另一方面，在促進LPSs溶解的情況下，主要挑戰(zhàn)來自鋰負極側。在這方面，基于液體反應機制的Li-S動力電池將需要更穩(wěn)定的鋰金屬負極，以有效抵抗LPSs的持續(xù)腐蝕。考慮到短鏈LPSs在高極性溶劑中的高溶解度，開發(fā)能夠在質子溶劑中穩(wěn)定運行的堅固鋰金屬負極無疑是一個很有前景的策略。此外，吸附策略也可以應用于全液態(tài)機制。

圖4. 未來Li-S電池應用概述

Unity of Opposites between Soluble and Insoluble Lithium Polysulfides in Lithium–Sulfur Batteries. Advanced Materials 2022. DOI: 10.1002/adma.202203699

2. 魯兵安/秦志輝/樊令NSR：無添加劑電解液實現(xiàn)高壓穩(wěn)定鉀金屬電池！

電解液陰離子對于實現(xiàn)高電壓穩(wěn)定的鉀金屬電池（PMBs）至關重要。然而，常見的陰離子不能同時防止”死K “的形成和Al集流體的腐蝕，從而導致差循環(huán)穩(wěn)定性。

湖南大學魯兵安、秦志輝、樊令等展示了基于六氟丙烷-1,3-二磺酰亞胺（HFDF-）環(huán)狀陰離子的電解液，它可以緩解”死K”，并顯著提高PMBs的高電壓穩(wěn)定性。

圖1. 鉀金屬電池的設計理念和電化學性能

在此，作者在沒有任何添加劑的情況下來制備電解液，以研究陰離子物理化學性質的內(nèi)在差異。具體而言，研究了0.8M KPF₆、KFSI、KTFSI和KHFDF-EC：DMC電解液。這些鉀離子電解液在室溫和低溫（~0℃）下的離子電導率可以達到8 mS cm^-1以上足以滿足PMBs的運行。研究顯示，0.8M KHFDF-EC: DMC（1:1, v/v）環(huán)狀陰離子基電解液可以在鉀金屬負極/正極材料上形成有效的SEI/CEI，并且對Al箔具有高電壓穩(wěn)定性（4.7 V）。

圖2. SEI分析

因此，基于KHFDF的電解液可以支持高電壓聚陰離子正極（2-4.4 V）200次循環(huán)，容量保持率超過83%，CE超過97.6%。此外，環(huán)狀陰離子基電解液的概念也適用于鋰金屬電池和鈉金屬電池。作者堅信，基于環(huán)狀陰離子的添加劑、濃度和溶劑的進一步優(yōu)化可以推動高性能金屬電池的發(fā)展。

圖3. 鉀金屬全電池性能

Cyclic-anion salt for high-voltage stable potassium metal batteries. National Science Review 2022. DOI: 10.1093/nsr/nwac134

3. 郭再萍/張鑒AFM：基于雙金屬硒化物的高性能堿金屬離子電池！

金屬硒化物由于其高理論容量，作為堿金屬離子電池中實用有前景的負極材料，已經(jīng)引起了極大的關注。然而，一個缺點是這些材料不能為大規(guī)模應用提供足夠的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性。

阿德萊德大學郭再萍、杭州電子科技大學張鑒等設計了一種三維蜂窩狀的氮摻雜、碳支撐的超窄帶隙雙金屬硒化物復合材料（NFS@HNPC）。

圖1. NFS@HNPC的合成示意圖

由于雙金屬硒化物的金屬特性和低的鋰/鉀離子吸附能量，加上精心設計的分級結構和以吡咯啉為主導的N摻雜的碳網(wǎng)絡，合成的復合材料表現(xiàn)出突出的循環(huán)穩(wěn)定性和卓越的倍率性能。電化學動力學研究結果證實，贗電容在循環(huán)過程中逐漸失去其主要貢獻，而容量的增加是由擴散機制引起的。

圖2. 儲鋰性能

結果，在鋰離子和鉀離子電池（LIB和KIB）中，該復合材料表現(xiàn)出高的比容量和出色的循環(huán)穩(wěn)定性，在1000次循環(huán)后，LIB的可逆容量為937 mAh g^-1（2A g^-1），KIB的可逆容量為304 mAh g^-1（1A g^-1），同時，在10 A g^-1下，LIB和KIB的倍率容量分別為499和139 mAh g^-1。該研究有助于研究人員開發(fā)用于大規(guī)模儲能的實用堿金屬離子電池。

圖3. 儲鋰機制和動力學

Ultra-narrow Bandgap Se-Deficient Bimetallic Selenides for High Performance Alkali Metal-Ion Batteries. Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202205880

4. 武大/華科AFM：可作為儲鋅負極和鋅枝晶抑制劑的新型材料！

鋅金屬是一種有前景的高能量密度水系電池負極材料，但它受到枝晶、低剝離/沉積效率和不可避免的活性鋅消耗的困擾。

武漢大學汪的華、華中科技大學蔣凱等報告了一種低嵌入電位的材料Cu₇Te₄，它既是水系鋅電池的負極材料，又是鋅枝晶的抑制劑。

圖1. Cu₇Te₄的合成及表征

當被用作嵌入負極材料時，它顯示出0.2V的低電位（相對于Zn²⁺/Zn），216 mAh g^-1的高容量，以及超過4200次循環(huán)的卓越循環(huán)性（接近100%的容量保持）。多尺度表征證明其反應機制是連續(xù)的嵌入和轉化過程。當Cu₇Te₄用作修飾層時，作者開發(fā)了一種基于”插層沉積”機制的Zn@ Cu₇Te₄雜化負極。它在對稱電池中可循環(huán)1000多小時而沒有形成Zn枝晶，當它與碳包覆的I₂(I2@AC)正極結合時，顯示出1000次的穩(wěn)定循環(huán)，這比裸Zn要好得多（<100小時和320次）。

圖2. Cu₇Te₄的電化學性能

此外，Cu₇Te₄負極可進一步與碳包覆的ZnI₂(ZnI2@AC)和Na₃V₂(PO₄)₃的兩種正結合，以構建水系”搖椅式”鋅離子全電池。所得Cu₇Te₄//ZnI₂@AC全電池的容量為94 mAh g^-1，放電電壓為0.7 V，對應的比能量為65.3 Wh kg^-1（基于正負極材料），在10000次循環(huán)中保持了良好的循環(huán)穩(wěn)定性，容量保持率超過86%。而Cu₇Te₄// Na₃V₂(PO₄)₃全電池的容量為67 mAh g^-1，平均電壓為1.08 V，相當于72.4 Wh kg^-1的高比能量（基于正負極材料），并在200次循環(huán)后保持80.3%的容量?？傊?，這項工作表明，Cu₇Te₄可以作為一種有前景的負極材料和鋅枝晶抑制劑以用于水系鋅電池。

圖3. “搖椅”式水系鋅離子全電池的電化學性能

Cu7Te4 as an Anode Material and Zn Dendrite Inhibitor for Aqueous Zn-Ion Battery. Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202205602

5. 王海燕/唐有根/孫旦EnSM：不燃超低濃度醚基電解液助力先進鋰金屬電池！

高能量密度鋰金屬電池（LMBs）具有成為下一代儲能器件的巨大前景。然而，它們的商業(yè)化進程由于低庫侖效率（CE）和由非均勻鋰沉積及可燃電解液引起的潛在安全危險而受到嚴重阻礙。

中南大學王海燕、唐有根、孫旦等提出了一種全新的超低濃度（0.3M）混合醚電解液（ULCE），以調(diào)節(jié)LMBs的電解液結構、可燃性和固體電解質間相（SEI）組成。

圖1. 電解液表征

在這種ULCE中，1, 2-二甲氧基乙烷（DME）被用作模型活性溶劑，阻燃的1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚（HFE）作為一種惰性溶劑。得益于DME的高溶劑化能力和巨大的陽極穩(wěn)定性以及大量惰性HFE的存在（94%體積），ULCE促進了Li⁺和陰離子之間的相互作用以及FSI^–的分解，生成了穩(wěn)定的陰離子衍生的富無機SEI。

圖2. Li-Cu電池性能

基于這種電解液的設計，鋰金屬負極在2 mA cm^-2的電流密度和1 mAh cm^-2的循環(huán)容量下，在250次循環(huán)中表現(xiàn)出>99.3%的高平均鋰沉積/剝離CE，波動率低至0.6%。此外，與傳統(tǒng)的碳酸酯和醚類電解液相比，采用優(yōu)化的ULCE的Li||Li₄Ti₅O₁₂（LTO）和Li||sulfur（S）全電池都顯示出優(yōu)異的電化學性能。此外，其他基于不同活性醚的ULCE，包括二甘醇二甲醚（G2）、三甘醇二甲醚（G3）、四甘醇二甲醚（G4）和四氫呋喃（THF），也表現(xiàn)出對LMB的類似提升。因此，這項工作不僅擴大了可用電解液的濃度范圍，并為調(diào)節(jié)電解液和SEI結構提供了新的指導方針，這也可以在其他高能量密度金屬電池中得到利用。

圖3. Li|| LTO全電池性能

Non-Flammable Ultralow Concentration Mixed Ether Electrolyte for Advanced Lithium Metal Batteries. Energy Storage Materials 2022. DOI: 10.1016/j.ensm.2022.07.014

6. 高秋明/鄧建林EEM：原位構建親鋰宿主，三元鋰金屬電池實現(xiàn)10C循環(huán)！

由親鋰金屬改性的 3D 獨立碳納米纖維使鋰金屬電池的無枝晶陽極成為可能，具有高能量密度的鋰金屬被認為是下一代可充鋰金屬電池最有前景的負極；然而，鋰枝晶的生長嚴重阻礙了其實際應用。

北京航空航天大學高秋明、齊魯工業(yè)大學鄧建林等通過電紡法原位獲得了由親鋰金屬顆粒（CNF/Me，Me=Sn、Fe、Co）修飾的三維自支撐碳納米纖維宿主。

圖1. 材料制備及表征

研究顯示，自支撐三維導電碳納米纖維提供了更大的沉積/剝離表面積，以降低局部電流密度，從而成功地控制了鋰枝晶的形成和生長，并增強了Li⁺離子轉移動力學。親鋰金屬為Li⁺離子的成核沉積提供了活性位點，以降低過電位，并在反復的沉積/剝離過程中實現(xiàn)了Li的均勻成核和沉積。此外，由纖維組成的框架結構提供了大量的鋰存儲空間，以減輕電極在長期循環(huán)過程中的體積效應。

圖2. Li/Cu電池性能

受益于上述優(yōu)勢，優(yōu)化后的CNF/Sn-Li復合電極在鋰沉積/剝離過程中表現(xiàn)出超過2350小時的穩(wěn)定循環(huán)壽命。當與典型的商用磷酸鐵鋰（LFP）正極相匹配時，LFP//CNF/Sn-Li全電池在1C時呈現(xiàn)出139 mAh g^-1的高初始放電比容量，400次循環(huán)后保持在146 mAh g^-1。當采用商用LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂（NCM811）正極時，組裝的NCM//CNF/Sn-Li全電池在10C的高電流密度下顯示出206 mAh g^-1的初始比放電容量，并在300次循環(huán)后保持在99 mAh g^-1。這些結果大大優(yōu)于以鋰為負極的同類產(chǎn)品，表明先進的CNF/Sn-Li電極的實際利用潛力巨大。

圖3. 全電池性能

3D Free-Standing Carbon Nanofibers Modified by Lithiophilic Metals Enabling Dendrite-Free Anodes for Li Metal Batteries. Energy & Environmental Materials 2022. DOI: 10.1002/eem2.12470

7. KAIST /現(xiàn)代汽車EnSM：雙親鋰界面層助力實用鋰金屬電池！

通過界面層控制鋰的成核和生長是實現(xiàn)實用鋰金屬電池的關鍵挑戰(zhàn)之一。

韓國科學技術院(KAIST)Hee-Tak Kim、現(xiàn)代汽車Kyunghan Ryu等提出了一個雙親鋰（Li⁺和Li⁰）的界面層，它具有很強的Lewis堿性和與Li⁰進行軌道雜化的能力。

圖1. 材料設計及表征

為了實現(xiàn)更強的雙親性，作者通過磷摻雜來控制典型的二維材料C₃N₄的電子結構。摻雜誘導的電子結構可以增強磷摻雜氮化碳（PCN）的Lewis堿性，以促進Li⁺離子的配位，并且PCN在電極-PCN界面發(fā)生鋰化作用。由于鋰化PCN（LPCN）的吡啶氮原子帶有增強的負電荷，Li⁺離子均勻而密集地分布在LPCN/Li界面上，導致了均勻的Li成核（Li⁺-親鋰性）。此外，LPCN-Li界面通過軌道雜化得到能量穩(wěn)定，這導致傾向于在橫向方向上生長并形成平面形態(tài)（Li⁰-親鋰性）。

圖2. 對稱電池性能

憑借雙親鋰界面層，鋰/鋰對稱電池在2 mA cm^-2和2 mAh cm^-2下運行了400多個循環(huán)。此外，實用鋰金屬軟包全電池也得到了驗證。由LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂(NCM811)正極、PCN涂層隔膜、45 ????厚鋰金屬箔和醚類電解液組裝的全電池，在貧電解液（電解液/容量（E/C）比為 3.0 g Ah^-1）和負極/正極（N/P）容量比為2.8的條件下穩(wěn)定地運行了330次。

圖3. 全電池性能

A dual-lithiophilic interfacial layer with intensified Lewis basicity and orbital hybridization for high-performance lithium metal batteries. Energy Storage Materials 2022. DOI: 10.1016/j.ensm.2022.07.019

8. 陳忠偉院士/徐杰Nano Energy：用于鈉化學電池的MXene的架構設計

具有高理論容量、高能量密度和低成本的鈉化學電池在替代傳統(tǒng)鋰離子電池方面引起了極大的關注。不幸的是，基于鈉化學的電池存在許多緊迫問題，包括化學活性高、反應動力學緩慢、中間體溶解/穿梭以及鈉金屬枝晶生長嚴重，這嚴重限制了它們的發(fā)展和進一步商業(yè)化。MXene被認為是解決上述問題有希望的候選者，因為它們具有優(yōu)異的內(nèi)在特性，包括二維(2D)形態(tài)、機械柔韌性、優(yōu)異的導電性、可調(diào)節(jié)的表面特性和大表面積。

加拿大滑鐵盧大學陳忠偉院士、安徽工業(yè)大學徐杰、德國亥姆霍茲柏林材料與能源研究中心楊超等總結了采用MXene架構的鈉化學電池的最新進展。

圖1. MXene架構的示意圖

在此，作者首先討論了MXene材料的合成方法和各種鈉化學電池的工作原理。然后，基于代表性的工作，從設計理念、制備方法、工程策略、結構和成分調(diào)整、各種MXene的特定功能和電化學性能的角度分析了鈉化學電池的幾個典型案例。最后，提出并討論了鈉化學電池的剩余挑戰(zhàn)/問題和未來前景。作者相信這篇綜述可以為MXene架構的開發(fā)及其在鈉化學儲能設備中的實際應用提供新的見解。

圖2. 采用MXene架構的不同鈉化學電池的典型充電/放電曲線

盡管已經(jīng)取得了較大進展，但在鈉化學電池從實驗室階段推廣到實際應用的過程中，仍然存在一些挑戰(zhàn)/問題。因此，作者提出了一些可行的未來的研究。

(1)應探索更多具有獨特微米和納米結構的MXene架構，并將其用于鈉化學電池。迫切需要具有低成本、環(huán)境友好性和簡單制備工藝的MXenes。此外，鼓勵將MXene架構用于其他鈉化學電池，例如鈉氧電池、鈉碲電池和鈉二氧化碳電池，以驗證MXene的功能范圍。

圖3. 用于鈉離子電池的具有不同負電原子的MXenes

(2)應開發(fā)有效的方法來生產(chǎn)具有受控層和尺寸的MXene薄片。石墨烯、碳納米管和碳層等碳質材料已與MXene片材結合，但碳質材料和MXene片材之間的組合需要系統(tǒng)地優(yōu)化。無機物質也可以與MXene片材結合，因為它們具有高電化學性能和有效防止MXene層堆疊。此外，應系統(tǒng)地深入研究各種組合，以了解所取得的電化學結果。

(3)需要清楚了解使用MXene架構的不同鈉化學電池的工作原理。例如，應確定Na-S和Na-Se電池在不同工作階段的確切中間體，因為它們顯著影響硫屬元素主體的設計和構建。一旦鈉化學電池的工作機制明確，可以解決現(xiàn)有的問題，同時實現(xiàn)優(yōu)異的電化學性能。

圖4. 用于Na-S電池的具有不同形態(tài)的MXene架構

(4)應對鈉化學電池中的MXenes進行理論研究和先進的表征技術。例如，應該對具有新的端點、空位和摻雜物的MXenes，新的MXene類型，以及鈉化學電池中MXene結構的可能工作原理進行理論模擬探索。另外，應進行相應的實驗以幫助理解理論研究的結果。此外，應采用更先進的表征技術來探索各種鈉化學電池的深入工作原理。

(5)對于實際應用，應優(yōu)化使用MXene架構的鈉化學電池的詳細參數(shù)。目前，鈉化學電池的組裝采用紐扣電池，測試參數(shù)不適合實際應用。此外，迫切需要使用MXene架構提高鈉化學電池的穩(wěn)定性，特別是在極低/極高的工作溫度、高濕度、彎曲狀態(tài)等惡劣的實驗條件下。

Architecture Design of MXene-based Materials for Sodium-chemistry Based Batteries. Nano Energy 2022. DOI: 10.1016/j.nanoen.2022.107590

原創(chuàng)文章，作者：v-suan，如若轉載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.zzhhcy.com/index.php/2023/10/08/6bab2345a0/

末成年小嫩xb,嫰bbb槡bbbb槡bbbb,免费无人区码卡密,成全高清mv电影免费观看

電池日報，8篇頂刊：陳忠偉、郭再萍、晏成林、魯兵安、王海燕、汪的華、高秋明、秦志輝、唐有根等成果！

相關推薦

電池日報，8篇頂刊：陳忠偉、郭再萍、晏成林、魯兵安、王海燕、汪的華、高秋明、秦志輝、唐有根等成果！