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1. 天津大學張伊放&中南大學潘安強最新AFM:長壽命鋅金屬負極防腐鋅離子調節復合中間層

電池頂刊集錦：AM、AFM、Nano energy、Angew.、EnSM、ACS Energy Lett.等

鋅金屬負極被認為是水基鋅基電池最有前景的負極選擇之一。然而，樹枝狀結構和錯綜復雜的副反應阻礙了它的應用。近日，天津大學張伊放（通訊作者）和中南大學潘安強（通訊作者）等人在知名期刊Adv. Funct. Mater.上發表了題為“Anti-Corrosive and Zn-Ion-Regulating Composite Interlayer Enabling Long-Life Zn Metal Anodes”的研究性論文。

作者引入了一種彈性防腐夾層來解決這一問題。利用非晶態和納米結構氮化硅(Si₃N₄)獨特的介電行為，將其顆粒均勻分散在聚丙烯腈(PAN)中，制備了一層附著在金屬鋅上的中間層(PSN-Zn)。PAN作為彈性約束抑制了枝晶的劇烈演化，阻止了H₂O/O₂的腐蝕，而高介電常數的Si₃N₄有利于離子動力學，并提供了均勻的Zn沉積。在1 mA cm^?2時，鋅負極的電化學穩定性和沉積一致性大大提高，壽命可達800 h以上。即使在苛刻的深放電(DOD_Zn=60%)和高電流密度(10 mA cm^?2)下，鋅負極仍能穩定工作250 h以上，并通過實驗和理論模擬對其介電性能的影響進行了系統的討論和驗證。

裸鋅(左)和具有PSN涂層的鋅(中)上的Zn沉積/脫出行為示意圖

裸Zn和Zn-PSN箔在2 M ZnSO₄電解液中的腐蝕特性

材料的電化學性能研究

Anti-Corrosive and Zn-Ion-Regulating Composite Interlayer Enabling Long-Life Zn Metal Anodes(Adv. Funct. Mater., 2021, DOI: 10.1002/adfm.202104361)

2. 北京理工大學曹傳寶&朱有啟最新AFM：用于高性能儲鎂的CuSe納米片

CuSe作為轉換型正極材料，因其比容量大而備受關注，但在重復充放電循環過程中，由于結構坍塌，容量衰減嚴重。近日，北京理工大學曹傳寶（通訊作者）和朱有啟（通訊作者）等人在知名期刊Adv. Funct. Mater.上發表了題為“Pulverization-Tolerant CuSe Nanoflakes with High (110) Planar Orientation for High-Performance Magnesium Storage”的研究性論文。

作者在微波輻射下通過溫控晶體生長路線進行了設計，得到了單晶和(110)擇優取向的CuSe納米晶。所制備的CuSe納米片狀正極材料具有高的可逆容量(在200 mA g^?1電流密度下為204 mAh g^?1)、優異的倍率性能和顯著的長期循環穩定性(在700次循環中，1 A g^-1下的容量衰減率為0.095%)。X射線光電子能譜(XPS)和X射線衍射(XRD)證實了CuSe納米片狀正極材料的多步可逆轉化機理。結構演化研究表明，單晶CuSe納米片可以表現出相對持久的結構穩定性。良好的循環穩定性可以歸因于CuSe納米片狀正極材料具有良好的抗粉碎性，這是由于其多步可逆轉化機制和單晶特性所賦予的。此外，優先取向的(110)活性平面有利于電化學反應，以確保高比容量。本工作為制備高性能轉換型鎂二次電池電極材料提供了一種晶體工程策略。

CuSe納米片制備示意圖

CuSe納米薄片的高分辨率XPS表征

(110)擇優取向CuSe納米片的形貌和微結構表征

Pulverization-Tolerant CuSe Nanoflakes with High (110) Planar Orientation for High-Performance Magnesium Storage(Adv. Funct. Mater., 2021, DOI: 10.1002/adfm.202104730)

3. 太平洋西北國家實驗室張繼光&Ran Yi最新AM：瀝青助力納米硅負極儲能更進一步

多孔硅(Si)/碳納米復合材料作為高能鋰離子電池(LIB)的負極材料已被廣泛研究。然而，在制備過程中，納米孔結構中Si的收縮和燒結往往會削弱多孔Si的全部優勢。近日，太平洋西北國家實驗室張繼光（通訊作者）和Ran Yi（通訊作者）等人在知名期刊Adv. Mater.上發表了題為“A Micrometer-Sized Silicon/Carbon Composite Anode Synthesized by Impregnation of Petroleum Pitch in Nanoporous Silicon”的研究性論文。

作者報道了一種通過在多孔硅中浸漬石油瀝青，然后再進行高溫處理來保存多孔硅納米結構的可伸縮方法。由此得到的微米尺寸的Si/C復合材料保持了所需的孔隙率，以適應較大的體積變化和高電導率，從而促進電荷轉移。它還形成了一層穩定的表面涂層，限制了電解質對納米多孔硅的滲透，并最大限度地減少了循環和儲存過程中電解質與硅之間的副反應。硅基負極含有80%的瀝青衍生碳/納米孔硅，可以非常穩定地循環(NMC532)電池(450次循環后容量保持80%)。它還可以降低下一代高能LIBs所需的粒子和電極的膨脹程度。該方法還可用于保存其他需要高溫處理的納米多孔材料的多孔結構。

高溫處理過程中保存設計納米結構的重要性

瀝青在Np-Si中的浸漬

碳化過程中Np-Si和P/Np-Si的結構研究

A Micrometer-Sized Silicon/Carbon Composite Anode Synthesized by Impregnation of Petroleum Pitch in Nanoporous Silicon(Adv. Mater., 2021, DOI: 10.1002/adma.202103095)

4. 土耳其中東技術大學Husnu Emrah Unalan最新Nano Energy：基于織物的人機界面可穿戴摩擦電納米發電機

隨著可穿戴電子產品材料的進步，電子紡織品受到了極大的關注。洗滌穩定性差和可穿戴電子產品需要外部電源是目前亟待解決的兩大問題。近日，土耳其中東技術大學Husnu Emrah Unalan（通訊作者）等人在知名期刊Nano Energy上發表了題為“Fabric based wearable triboelectric nanogenerators for human machine interface ”的研究性論文。

在本研究中，作者提出了一種低成本和可擴展的設計，作為上述問題的組合解決方案。將熱塑性聚氨酯(TPU)薄膜層壓銀納米線(Ag NW)修飾織物用作摩擦電納米發電機(TENG)電極，用于自供電可穿戴式人機接口裝置。對制備的器件的電阻變化和焦耳加熱性能進行了研究，結果表明，該器件的洗滌穩定性可達15次洗滌循環。為了展示制造出來的電子手環的真正潛力，開發了一款自供電的電子腕帶作為人機接口，并將其用作鍵盤來控制基本的計算機操作。

熱塑性聚氨酯(TPU)層壓Ag NW改性棉織物制作步驟示意圖

電極的工作機理和與分離相關的開路電壓的模擬結果

電極的電化學性能研究

Fabric based wearable triboelectric nanogenerators for human machine interface (Nano Energy , 2021, DOI: 10.1016/j.nanoen.2021.106412)

5. 清華大學張強最新Angew：金屬鋰電池中穩定的陰離子衍生固體電解質界面

非均勻固體電解質界面(SEI)導致的樹枝狀鋰沉積嚴重阻礙了高能量密度鋰(Li)金屬電池的發展。近日，清華大學張強（通訊作者）等人在知名期刊Angew. Chem. Int. Ed.上發表了題為“Stable Anion-Derived Solid Electrolyte Interphase in Lithium Metal Batteries”的研究性論文。

作者建議通過陰離子受體調節陰離子的電解質結構來構建穩定的陰離子衍生SEI。含缺電子硼原子的三(五氟苯基)硼烷陰離子受體與雙(氟磺酰基)酰亞胺陰離子(FSI^?)相互作用，降低了其還原穩定性。此外，FSI^–在電解質中的聚集團類型發生了變化，在TPFPB的存在下，FSI^–與更多的Li離子相互作用（AGG-II）。因此，促進了FSI^?分解生成Li₂S，提高了陰離子衍生SEI的穩定性。在實際條件下工作的Li|LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂電池中，帶有TPFPB的陰離子衍生SEI經歷了194次循環，而常規陰離子衍生SEI為98次。這項工作為通過調控陰離子的電解質結構來構建穩定的陰離子衍生SEI提供了新的思路。

通過密度泛函理論計算研究了FSI^?與TPFPB之間的相互作用

不同聚集態團簇中FSI^?的拉曼光譜

不同電解質中形成的SEI的組成分析

Stable Anion-Derived Solid Electrolyte Interphase in Lithium Metal Batteries (Angew. Chem. Int. Ed., 2021, DOI: 10.1002/anie.202107732)

6. Sagar Mitra&Douglas R. MacFarlane&Maria Forsyth最新EnSM：低溫常溫鈉硫電池操作的設計與研究

在使用高硫負極的同時盡量減少多硫化物的穿梭，對于實現實用化的室溫鈉硫(RT Na-S)電池至關重要。由于它們價格低廉，材料豐富，這些電池作為未來低成本的固定式儲能設備具有巨大的潛力。電解質可溶性Na-多硫化物電化學轉化為不溶性最終產物的緩慢動力學導致中間產物在電解質中的快速積累，從而加劇了多硫化物的穿梭。近日，印度理工學院孟買分校Sagar Mitra（通訊作者），澳大利亞莫納什大學Douglas R. MacFarlane（通訊作者）和迪肯大學Maria Forsyth（通訊作者）等人在知名期刊Energy Storage Materials上發表了題為“Sub-zero and room-temperature sodium–sulfur battery cell operations: A rational current collector, catalyst and sulphur-host design and study”的研究性論文。

作者報道了修飾在活性炭布上的氧化銦錫納米顆粒(ITO@ACC)作為一種電催化底物，它固定了高階Na-多硫化物，并促進了它們轉化為不溶性的最終放電產物，從而抑制了中間產物在電解液中的積累。電子順磁共振(EPR)譜證實其轉化為不溶性末端放電產物是通過自由基偶聯機制實現的。在20 °C時，ITO@ACC催化的鈉硫電池(6.8 mg(S) cm^-2)的早期循環容量為684 mA·h·g(S)^-1。此外，還首次實現了低溫鈉硫電池，在-10 ℃下工作，電池在0.1 C下的初始比容量為342 mA h g(S)^-1。

Na₂S₆@ITO@ACC正極合成示意圖

Na₂S₆@ITO@ACC正極的循環性能分析

Na₂S₆@ACC和Na₂S₆@ITO@ACC正極在0.1 mV s^-1下的循環伏安曲線

Sub-zero and room-temperature sodium–sulfur battery cell operations: A rational current collector, catalyst and sulphur-host design and study (Energy Storage Materials, 2021, DOI:10.1016/j.ensm.2021.08.014)

7. 趙予生&趙若&鄒如強最新ACS Energy Lett.：離子導電MOF膠粘劑夾層穩定NASICON型電解質對鋰負極的影響

鈉快離子導體(NASICON)型電解質具有較高的離子電導率和濕度/空氣穩定性，是固態電池所必需的。然而，它們普遍存在電化學穩定性差和與鋰金屬接觸不足的問題，導致性能嚴重下降。近日，南方科技大學趙予生（通訊作者），趙若（通訊作者）和北京大學鄒如強（通訊作者）等人在知名期刊ACS Energy Lett.上發表了題為“Stabilization of NASICON-Type Electrolyte against Li Anode via an Ionic Conductive MOF-Incorporated Adhesive Interlayer”的研究性論文。

作者制備了一種離子導電金屬有機骨架聚合物層(簡稱ZCPL)，并將其用作Li_1.5Al_0.5Ge_1.5(PO₄)₃(LAGP)的包覆層。ZCPL作為保護層，可以有效地阻止鋰離子與LAGP之間的氧化還原反應，消除電池循環過程中有害中間相和裂紋的形成。粘合劑ZCPL還可以滲透到LAGP表面的空隙中，形成緊密接觸的薄膜連接。此外，ZCPL具有良好的離子導電性和柔軟的織構，為Li⁺的快速傳輸提供了豐富的途徑，并確保了Li⁺在界面上的均勻流動。得益于ZCPL，Li對稱電池和Li/LiFePO₄全電池均表現出長期循環穩定性。

材料的結構表征

ZCPL和LAGP的Li⁺傳導分析

恒電流充放電方法研究LAGP和ZCPL?LAGP對稱電池的電化學性能

Stabilization of NASICON-Type Electrolyte against Li Anode via an Ionic Conductive MOF-Incorporated Adhesive Interlayer(ACS Energy Lett., 2021, DOI:10.1021/acsenergylett.1c01551)

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電池頂刊集錦：AM、AFM、Nano energy、Angew.、EnSM、ACS Energy Lett.等

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