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1. 中科院上海陶瓷研究所靳俊&溫兆銀AEM:微區(qū)焊接策略防止非活性硫物種的形成

電池頂刊集錦：AEM、Nano Energy、EnSM、ACS Energy Lett.等最新成果

深入了解鋰電池故障機(jī)制對(duì)于為促進(jìn)這類電池的電化學(xué)性能提供設(shè)計(jì)指導(dǎo)具有重要意義。

近日，中科院上海陶瓷研究所靳俊（通訊作者）和溫兆銀（通訊作者）等人發(fā)現(xiàn)在放電期間，固體硫物質(zhì)沉積在基底上，導(dǎo)致大的接觸電阻和緩慢的氧化還原動(dòng)力學(xué)。然后，累積效應(yīng)導(dǎo)致在低維襯底（0 D，1 D和2 D）上形成孤立的非活性硫物質(zhì)。在這方面，提出了一種抵抗非活性硫物質(zhì)形成的微區(qū)焊接策略，極大地提高了Li-S電池的電化學(xué)性能。電池顯示出7.8 mAh cm^-2的高放電容量和良好的循環(huán)穩(wěn)定性。

碳硫正極和電阻模型示意圖

正極材料的表征

不同襯底上的原位電化學(xué)阻抗譜及多硫化鋰沉積行為

Microregion Welding Strategy Prevents the Formation of Inactive Sulfur Species for High-Performance Li–S Battery(Adv. Energy Mater., 2021, DOI: 10.1002/aenm.202102024)

2. 華南理工胡仁宗&朱敏AEM:可擴(kuò)展至?50 °C的寬溫SnO₂基負(fù)極

鋰離子電池（LIB）由于負(fù)極，電解質(zhì)和固體電解質(zhì)界面（SEI）中的Li⁺傳輸動(dòng)力學(xué)緩慢以及大的過電位，甚至不能在-10 ℃以下安全充電。這導(dǎo)致在負(fù)極表面上沉積Li。

近日，華南理工胡仁宗（通訊作者）和朱敏（通訊作者）等人開發(fā)了SnO₂-LiF石墨（SLG）復(fù)合負(fù)極用于廣泛的溫度應(yīng)用。具有碳酸亞丙酯電解質(zhì)的SLG在60 ℃下以100 mA g^-1提供超過900 mA h g^-1的穩(wěn)定容量，在-10 ℃下保持823.9 mAh g^-1。當(dāng)與基于四氫呋喃的電解質(zhì)匹配時(shí)，SLG分別在-40 ℃下提供780.4 mAh g^-1和在-50 ℃下提供637.2 mAh g^-1的穩(wěn)定容量。證明了LiF誘導(dǎo)的富含無機(jī)物的SEI維持了活性Sn的納米結(jié)構(gòu)，并且它們與電解質(zhì)的界面是高度穩(wěn)定的。這項(xiàng)工作表明，LiF改性的SnO₂負(fù)極與合適的電解質(zhì)相匹配，可以使LIB在寬溫度下具有安全和長(zhǎng)壽命的資格，這有助于進(jìn)一步促進(jìn)這些電池的低溫應(yīng)用。

LiF添加劑對(duì)SnO₂合金化和轉(zhuǎn)化行為的影響

SnO₂–LiF–石墨負(fù)極結(jié)構(gòu)表征

不同電流倍率下SLG電極在30 °C下的循環(huán)穩(wěn)定性

LiF-Induced Stable Solid Electrolyte Interphase for a Wide Temperature SnO2-Based Anode Extensible to ?50 °C(Adv. Energy Mater., 2021, DOI: 10.1002/aenm.202101855)

3. 韓國(guó)釜山國(guó)立大學(xué)&韓國(guó)高級(jí)科學(xué)技術(shù)研究院ACS Energy Lett.：雙陽(yáng)離子雜芳基吡啶作為非水氧化還原液流電池負(fù)極材料的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

許多有機(jī)氧化還原材料在化學(xué)上不穩(wěn)定并且微溶于非水介質(zhì)。此外，氧化還原材料的交叉和有限膜的可用性限制了這些材料在非水氧化還原低電池（RFB）中的長(zhǎng)期循環(huán)性。

近日，韓國(guó)釜山國(guó)立大學(xué)Jung Min Joo（通訊作者）和韓國(guó)高級(jí)科學(xué)技術(shù)研究院Hye Ryung Byon（通訊作者）等人為了克服這些限制，開發(fā)了一類新的吡啶鎓基負(fù)電解質(zhì)。通過將苯并噻唑引入吡啶鎓的C4位來延長(zhǎng)吡啶鎓分子的π-共軛結(jié)構(gòu)，這提高了這些分子的穩(wěn)定性。雙陽(yáng)離子苯并噻唑基吡啶鎓的0.1 M溶液在對(duì)稱RFB中250個(gè)循環(huán)的每個(gè)循環(huán)顯示0.0083%的容量衰減率，并且在包含銨取代的二茂鐵作為正電解質(zhì)的全RFB中顯示0.08%的容量衰減率。

雜芳烴取代吡啶類化合物的制備

4 mM TMAP-BTP²⁺·2TFSI^?在0.1 M TBATFSI/MeCN電解質(zhì)溶液中的電化學(xué)性質(zhì)

TMAP-BTP²⁺·2TFSI^?對(duì)稱的RFB測(cè)試

Systematic Designs of Dicationic Heteroarylpyridiniums as Negolytes for Nonaqueous Redox Flow Batteries(ACS Energy Lett., 2021, DOI: 10.1021/acsenergylett.1c01623)

4. 澳大利亞新南威爾士大學(xué)EnSM:弱堿性高壓水基Zn/LiCoO₂混合電池

可充電水性鋅基電池（RAZB）由于其不可燃性，低成本和高容量而成為鋰離子電池的有吸引力的替代品。然而，缺乏耐用的高電位正極材料限制了RAZB的電壓。許多高電位正極是層狀鋰金屬氧化物（例如LiCoO₂），其經(jīng)常在含水酸性或中性電解質(zhì)中降解。

近日，澳大利亞新南威爾士大學(xué)王大偉（通訊作者）和Huabo Liu（通訊作者）等人發(fā)現(xiàn)了一個(gè)1.99 V的Zn/LiCoO₂水混合電池，具有顯著的循環(huán)穩(wěn)定性和出色的倍率性能。水性弱堿性含氨電解質(zhì)（MAAE）具有出色的性能，可促進(jìn)LiCoO₂正極的可逆性并抑制Zn負(fù)極的枝晶生長(zhǎng)。

帶有MAAE的水基鋅/液碳電池示意圖

LCO在MAAE電解液中的循環(huán)穩(wěn)定性

Zn/Zn對(duì)稱電池在MAAE和6 M KOH電解液中的沉積/脫出試驗(yàn)

High voltage aqueous Zn/LiCoO2hybrid battery under mildly alkaline conditions(Energy Storage Materials, 2021, DOI: 10.1016/j.ensm.2021.08.042)

5. 澳大利亞新南威爾士大學(xué)王大偉EnSM:納米流體填料實(shí)現(xiàn)高容量納米顆粒電極

納米材料廣泛應(yīng)用于鋰離子電池，以提高功率/能量性能。然而，納米顆粒的低堆積密度限制了電極的體積容量。縮放納米粒子電極導(dǎo)致孔隙破壞，電解質(zhì)阻塞和差的離子傳輸。

近日，澳大利亞新南威爾士大學(xué)王大偉（通訊作者）等人這項(xiàng)工作報(bào)告了納米流體添加劑在超致密納米顆粒電極中的無阻礙離子傳輸，納米流體添加劑提供快速離子通道而不損失電極密度。作為模型正極材料的亞微米商業(yè)LiFePO₄顆粒被用于制造納米流體增強(qiáng)的致密電極，其在液體和凝膠-聚合物電解質(zhì)中顯示出優(yōu)異的體積容量，其超過了最先進(jìn)的LiFePO₄電極。在高容量緊湊型電池的設(shè)計(jì)中，這種納米流體策略可以擴(kuò)展到其他電活性納米顆粒。

TALP的納米流體夾層

T-LFP電極的制備與表征

用μ-CT分析T-LFP-48的孔隙度

High volumetric capacity nanoparticle electrodes enabled by nanofluidic fillers(Energy Storage Materials, 2021, DOI:10.1016/j.ensm.2021.08.044)

6. 韓國(guó)世宗大學(xué)&韓國(guó)順天大學(xué)EnSM:超穩(wěn)定Ti₂O（PO₄）₂（H₂O）作為鈣離子電池用新型Ca²⁺儲(chǔ)存電極材料

鈣離子電池（CIB）的實(shí)際應(yīng)用遭受缺乏可靠的電極材料，其具有長(zhǎng)的循環(huán)壽命和較不嚴(yán)重的滯后和電容電壓行為。

近日，韓國(guó)世宗大學(xué)（通訊作者）Kee-Sun Sohn，韓國(guó)順天大學(xué)Myoungho Pyo（通訊作者）和Woon-Bae Park（通訊作者）等人首次將Ti₂O（PO₄）₂（H₂O）描述為用于CIB的新型Ca²⁺插入電極材料。水熱合成的Ti₂O（PO₄）₂（H₂O）可以在室溫下以約2.6 V可逆地儲(chǔ)存約0.51 Ca²⁺（約85 mAh g^-1）。這種新材料通過在1500次充電/放電（C/D）循環(huán)后保持約95%的初始容量，顯示出前所未有的長(zhǎng)循環(huán)性。結(jié)構(gòu)和組成證實(shí)了與Ti⁴⁺/Ti³⁺氧化還原相關(guān)的可逆Ca²⁺插入。原位X射線衍射（XRD）研究表明，Ti₂O（PO₄）₂（H₂O）中Ca²⁺離子的電化學(xué)插入/提取伴隨著最小的尺寸變化，晶體結(jié)構(gòu)沒有變化，這被認(rèn)為是造成這種變化的原因。

Ti₂O（PO₄）₂（H₂O）的合成與表征

水熱合成的Ti₂O（PO₄）₂（H₂O）的EDX結(jié)果

Ti₂O（PO₄）₂（H₂O）電極的循環(huán)性能

Ultra-stable Ti₂O(PO₄)₂(H₂O) as a viable new Ca²⁺ storage electrode material for calcium-ion batteries(Energy Storage Materials, 2021, DOI:10.1016/j.ensm.2021.08.035)

7. 中國(guó)石油大學(xué)劉征&范壯軍EnSM:強(qiáng)氧化誘導(dǎo)富含醌的多巴胺助力高容量多孔碳有機(jī)正極

有機(jī)陰極由于其高理論容量，分子多樣性和可持續(xù)性而成為鈉離子電池（SIB）的有希望的候選者。然而，較差的速率性能和較差的循環(huán)壽命仍然限制了它們的大規(guī)模應(yīng)用。

近日，中國(guó)石油大學(xué)劉征（通訊作者）和范壯軍（通訊作者）等人通過超快速異相成核過程制備了緊密粘附在3D多孔碳表面（PC-PDA-APS）上的富含超薄醌的聚多巴胺（PDA）涂層的簡(jiǎn)便策略。用作引發(fā)劑的過硫酸銨（APS）不僅可以抑制多巴胺的自成核，還可以促進(jìn)從雙羥基向雙羰基的轉(zhuǎn)化，超高轉(zhuǎn)化率高達(dá)81%。受益于連接間3D碳骨架，超薄PDA涂層和超高醌含量的協(xié)同作用，PC-PDA-APS表現(xiàn)出顯著高的比容量和出色的倍率性能。

緊密粘附在多孔碳表面（PC-PDA-APS）上的超薄富含醌的聚多巴胺涂層的制造工藝示意圖

多巴胺、PC-PDA-O₂和PC-PDA-APS水溶液的紫外-可見光譜

PC-PDA-O₂和PC-PDA-APS電極的電化學(xué)性能表征

Strong Oxidation Induced Quinone-rich Dopamine Polymerization onto Porous Carbons as Ultrahigh-Capacity Organic Cathode for Sodium-Ion Batteries(Energy Storage Materials, 2021, DOI:10.1016/j.ensm.2021.08.043)

8. 印度法拉第材料實(shí)驗(yàn)室Prabeer Barpanda Nano Energy：四磷酸鈷作為混合鈉空氣電池的高效雙功能電催化劑

經(jīng)濟(jì)高效的雙功能電催化劑是實(shí)現(xiàn)可充電(混合)金屬-空氣電池的關(guān)鍵。

近日，印度法拉第材料實(shí)驗(yàn)室Prabeer Barpanda（通訊作者）等人揭示了鈷基四磷酸鉀K₂Co(PO₃)₄作為一種經(jīng)濟(jì)的雙功能電催化劑作為可充電混合鈉-空氣電池的正極。這種單斜晶系化合物具有較高的析氧活性，其過電位較低(約0.32 V)，超過了商用RuO₂催化劑。成功地實(shí)現(xiàn)了四磷酸鉀(K₂Co(PO₃)₄)在混合鈉-空氣電池中的可逆循環(huán)，往返效率超過70%。DFT研究表明，這種催化活性來源于K₂Co(PO₃)₄中Co最活躍、最穩(wěn)定的(001)表面和半金屬性質(zhì)。利用四磷酸鈷可以設(shè)計(jì)出低成本的鈉-空氣電池電催化劑。

K₂Co(PO₃)₄的合成及表征

K₂Co(PO₃)₄的氧還原反應(yīng)性能

K₂Co(PO₃)₄的析氧反應(yīng)性能

Cobalt tetraphosphate as an efficient bifunctional electrocatalyst for hybrid sodium-air batteries(Nano Energy, 2021, DOI:10.1016/j.nanoen.2021.106485)

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