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縱使攬勝四方

我自封面大賞

——編者

鋰離子電池正極材料

炫酷！Advanced系列能源轉換與存儲類封面大賞（7月第2期）

日本京都大學Kohei Miyazak教授課題組報道了一種正極電解液界面（CEI）的形成過程。CEI是電池在運行不久后由于電解液分解而逐漸生長在正極表面的一層膜。這層膜對于保障電池穩定運行至關重要。有機電解液容易形成CEI，但近年來水系電解液也逐漸有形成CEI的報道。這些水系電解液大多含有高濃度含氟有機離子。

本工作顛覆了這一規律，首次報道在飽和LiNO₃水溶液（9.5 M，含少量LiOH，pH=10）中亦能形成CEI。當LiNiO₂正極在0-1.2 V (vs. Ag/AgCl) 電壓區間工作時，作者們觀察到Li⁺首次脫出時會在該正極表面形成主要成分為Li₂CO₃和LiOH的CEI。

這層CEI抑制了電極與電解液的副反應，提升了正極結構穩定性。因此，CEI附著的正極在50次充放電循環后能保持近70%電容，而無CEI保護的正極同樣條件下電容幾乎為零。

封面前端展示LiNiO₂電極在電解液中形成CEI的示意圖：左側為電極，右側為電解液，中間透明膜為CEI。后方的盾牌防御構圖突顯了CEI膜維持電池穩定運行的保護作用。

雙離子電池

炫酷！Advanced系列能源轉換與存儲類封面大賞（7月第2期）

中科院深圳先進技術研究院唐永炳研究員團隊報道了一種能在6.0 V高壓下穩定使用的雙離子電池電解液。雙離子電池通常采用石墨正極，依靠陰陽離子同時在兩電極上嵌入/脫出存儲電能。因為陰離子嵌入/脫出電位高（一般>4.5 V vs. Li⁺/Li），雙離子電池比傳統鋰離子電池理論上存儲的能量更多。然而，電池常用的碳酸酯類電解液在高電壓下容易分解，縮短電池壽命并帶來安全隱患。

本文報道了一種能在6.0 V下穩定工作的砜類電解液，具體成分是4.0 m（molality）LiFSI的四亞甲基砜溶液。這種電解液綜合了砜類溶劑本征電化學穩定性高、FSI鹽溶解度大的優點，而且高濃度鹽使溶液體系中自由溶劑分子數量銳減。

這些因素都有助于提高電解液高電壓下的穩定性并提升正負極反應的可逆性。使用該電解液的雙離子電池在5.2 V電壓下電解液-電極界面無氣泡生成，電池能量密度達到113.3 mAh/g，1000次充放電循環后容量保持94.7%。

封面模仿了中子星噴流，不過向兩邊噴出的不是射電噴流，而是陰陽離子。這樣的構圖可能是模仿了雙離子電池的隔膜處離子在外加電場下分別向兩電極側相對運動。兩塊光彩四溢的光球可能代表了電池在高電壓電解液加持下能量密度高的特點。

鋅離子電池

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美國路易斯安娜州立大學Qinglin Wu教授、Wangwang Xu博士，南京林業大學梅長彤教授等報道了一種可自充電的鋅離子電池。這種新型鋅離子電池由二氧化釩VO₂正極、金屬鋅負極、聚丙烯酰胺-殼多糖水凝膠電解液構成。VO₂電極的穩定層狀結構和凝膠電解液的微觀交聯網絡成為離子快速傳導通道，保障了電池的性能。139.0 W/kg功率密度下的能量密度達到231.9 Wh/kg。

此外，作者們發現這種電池在空氣中放置可發生自充電過程。這是因為空氣中氧氣氧化放電后處于還原態的正極電極材料所致。放電完全的鋅離子電池在空氣中放置6 h后，可于0.2 A/g電流密度下放出263.9 mAh/g電能。添加少量醋酸以除去電池運行過程中產生的副產物后（鋅的堿性氧化物，附著在正極表面影響Zn²⁺進入），該電池能穩定自充放電20次。

跑步小哥右臂上的手機正通過自充電鋅離子電池充電。放大圖展示了該電池的結構：下層銀白色小球陣列為鋅負極，中間透明層為水凝膠電解質，上部暗紅色層為VO₂正極。漂浮其中的氧氣分子氧化正極后形成水，完成電池自充電。

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