周豪慎 ，南京大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師。長期從事鋰離子電池、金屬鋰二次電池、鈉離子電池、固態(tài)電池等動(dòng)力電池和儲能電池的研究和開發(fā)。先后在Nat. Mater.，Nat. Energy，Nat. Catal.，Nat. Commun.，Joule，EES，Angew，JACS，AM等國際著名期刊上發(fā)文500余篇，他引超過38000次，H因子108，取得國內(nèi)外專利50余項(xiàng)。（個(gè)人信息來源于網(wǎng)絡(luò)） 4月7日至9日，周豪慎教授團(tuán)隊(duì)先后在國際著名期刊Adv. Sci.和AM上發(fā)表重要成果，下面小編簡單概述了兩項(xiàng)工作以供大家參考！ Adv. Sci.：協(xié)同陰陽離子氧化還原實(shí)現(xiàn)高穩(wěn)定的鈉離子電池層狀正極
鈉離子電池通常被認(rèn)為是大規(guī)模儲能有希望的候選者。層狀鐵/錳氧化物正極由于元素豐度和高理論容量而受到廣泛關(guān)注。然而，由于在連續(xù)的鈉釋放和吸收過程中，錳溶解和鐵遷移的趨勢，這些材料的電化學(xué)性能通常會發(fā)生顯著下降。 周豪慎教授、郭少華教授 等提出了一種在層狀Mn/Fe基正極Na2/3 Fe2/3 Mn1/3 O2 （NFM）中通過Li取代協(xié)同陰陽離子氧化還原的策略，以抑制過渡金屬離子電化學(xué)活性的過度使用所導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)退化，同時(shí)實(shí)現(xiàn)晶格應(yīng)變的降低和電化學(xué)性能的提高。結(jié)果表明，獲得的Na0.8 Li0.2 Fe0.2 Mn0.6 O2 （NLFM）由于Li取代而顯示出至少三個(gè)優(yōu)勢：首先，NLFM在空氣中暴露1個(gè)月，甚至在水中浸泡1周后仍顯示出令人印象深刻的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，而在空氣和水中儲存后，NFM中明顯出現(xiàn)了一個(gè)新相。第二，密度泛函理論(DFT)計(jì)算、軟X射線吸收光譜(sXAS)和 X 射線光電子能譜(XPS)的結(jié)果證明，NLFM的氧氧化還原過程被激活，從而可提供更高的比容量。最后，NFM的有害相變在NLFM中被顯著抑制，這有助于快速的Na+ 傳輸和更好的循環(huán)性能，此外，可忽略的Mn溶解、不可見的Fe遷移和晶格應(yīng)變也得到證實(shí)。 因此，NLFM表現(xiàn)出增強(qiáng)的電化學(xué)性能，表現(xiàn)為≈165 mAh g-1 的高可逆容量、提升的容量保持率（在200 mA g-1 下經(jīng)過100次循環(huán)后為98.3%）和強(qiáng)大的容量恢復(fù)能力。這些發(fā)現(xiàn)加深了對陰離子和陽離子氧化還原協(xié)同作用的理解，并為設(shè)計(jì)用于鈉離子電池的高穩(wěn)定性層狀正極提供了新的見解。 圖1 NFM和NLFM的結(jié)構(gòu)表征 Synergetic Anion–Cation Redox Ensures a Highly Stable Layered Cathode for Sodium-Ion Batteries. Advanced Science 2022. DOI: 10.1002/advs.202105280 AM：通過構(gòu)建可充電池的電極正面定制陽離子的溶劑化鞘層
陽離子（如Li+ 、Na+ 、Zn2+ ）溶劑化鞘層內(nèi)的溶劑分子很容易脫氫，尤其是與高壓正極結(jié)合時(shí)，這會導(dǎo)致有害的電解質(zhì)分解，最終加速可充電池的容量衰減。鹽和陽離子之間經(jīng)常采用溶劑化策略來提高電解質(zhì)的穩(wěn)定性。然而，在制備高濃度電解液時(shí)添加額外劑量的昂貴鹽、添加劑/共溶劑所帶來的成本挑戰(zhàn)，在一定程度上阻礙了它們的進(jìn)一步利用。在電極表面引入基于多孔材料的電極正面，即使是在稀電解液中，也可以將高能態(tài)脫溶劑化溶劑從反應(yīng)性電極轉(zhuǎn)移到非導(dǎo)電多孔材料表面，從而消除脫溶劑化溶劑和電極材料之間的接觸機(jī)會，并大大減少與溶劑相關(guān)的分解問題。 周豪慎教授、喬羽博士 等簡要回顧了通過構(gòu)建可充電池的各種電極正面來定制陽離子（溶劑化金屬離子：例如溶劑化Li+ 、Zn2+ ）的溶劑化鞘的研究進(jìn)展。首先，展示了關(guān)于引入電極正面的重要性以及如何使用電極正面促進(jìn)溶劑化陽離子的脫溶劑化過程的機(jī)制。然后，仔細(xì)篩選和選擇幾種多孔材料和電解液，以實(shí)施脫溶劑化過程，并生產(chǎn)用于可充二次電池的脫溶劑化電解液（部分脫溶劑化和完全脫溶劑化電解液）。最后，詳細(xì)討論了通過構(gòu)建電極正面來定制陽離子溶劑化鞘的的未來挑戰(zhàn)和機(jī)遇。由于這是一個(gè)非常有趣但尚未完全開發(fā)的研究領(lǐng)域，因此可以做出更多的研究努力。最后，根據(jù)過去在該領(lǐng)域的經(jīng)驗(yàn)，作者認(rèn)為需要加強(qiáng)以下幾個(gè)方面： （1） 承認(rèn)該領(lǐng)域已經(jīng)獲得了一定的進(jìn)展，但是，這種新報(bào)道策略的利用僅用于鋰金屬電池和鋅金屬電池。因此，其他電池系統(tǒng)包括鈉金屬電池/鈉離子電池、鋁金屬電池/鋁離子電池、鉀金屬電池/鉀離子電池、鎂金屬電池/鎂離子電池和鈣金屬電池/鈣離子電池同樣是使用電解液脫溶劑化策略有希望的候選者。（2） 從方法學(xué)的角度來看，由于大多數(shù)報(bào)道的電極正面由多孔材料和聚合物粘結(jié)劑組成，多孔材料顆粒之間的間隙是不可避免的。這些差距可能會在一定程度上破壞脫溶劑化電解液引起的積極影響。因此，為充分利用脫溶劑化電解液，用于調(diào)節(jié)脫溶劑化電解液的電極正面應(yīng)具有良好的韌性和柔性，同時(shí)具有良好的抗裂性。用MOFs/COFs的前驅(qū)體均勻涂覆基材，并使用各種方法，如原位微波合成法、原位氣相合成法、光聚合、電聚合法有望制備具有優(yōu)異韌性和柔性的MOFs/COFs基電極正面。（3） 各種電極正面通道內(nèi)的脫溶劑化電解液的量對于構(gòu)建高能量密度電池很重要。考慮到由電極正面通道內(nèi)獲得的聚集電解液配置引起的電化學(xué)性能增強(qiáng)，限制在通道內(nèi)的脫溶劑化電解液越少，相應(yīng)電池可以提供的能量密度越高。（4） 最后，不限于MOFs，其他多孔材料，如COFs、多孔聚合物、分子篩，甚至多孔液體，在促進(jìn)各種電池系統(tǒng)的脫溶劑化電解液方面也顯示出令人鼓舞的前景。此外，考慮到這些材料的復(fù)雜理化性質(zhì)，受限的脫溶劑化電解液與電極正面通道壁之間的相互作用，以及離子如何通過通道傳導(dǎo)需要進(jìn)一步研究。圖1 通過構(gòu)建二次電池電極正面定制電解液溶劑化鞘層的意義 圖2 使用電極正面促進(jìn)溶劑化陽離子脫溶劑化過程的機(jī)制 圖3 在有機(jī)碳酸酯電解液中使用3?分子篩基電極正面獲得部分脫溶劑化 圖4 通過使用3?分子篩基電極正面實(shí)現(xiàn)的積極的效果 圖5 在鋰金屬表面構(gòu)建UiO-66 MOF基電極正面促使無枝晶鋰沉積 Tailoring the solvation sheath of cations by constructing electrode front-faces for rechargeable batteries. Advanced Materials 2022. DOI: 10.1002/adma.202201339
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