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第一作者：Chao Ye, Huan Li

通訊作者：喬世璋

通訊單位：澳大利亞阿德萊德大學

喬世璋，華人，材料科學家，澳大利亞科學院院士，英國皇家化學會會士，澳大利亞皇家化學會會士，英國化學工程師協會會士，澳大利亞阿德萊德大學化工學院納米技術首席教授，澳大利亞昆士蘭大學榮譽教授，合肥工業大學兼職教授。

論文速覽

與現有技術的鋰離子電池相比，鋰的有限可用性和更高的理論比能推動了對用于電化學能量儲存的后鋰（Li）金屬的探索，例如鈉（Na）、鉀（K）、鎂（Mg）、鈣（Ca）、鋁（Al）和鋅（Zn）。這些元素由于鋰資源有限以及與現有鋰離子電池相比具有更高的理論比能量而受到關注，因此后Li金屬電池成為一種有前途的實際應用系統。

然而，對定量電池參數和硫電催化轉化機制的理解不足限制了這些電池技術的發展。本文提供了對電極參數的綜合分析，包括硫的質量負荷、硫含量、電解液/硫比和負/正極容量比，以建立后Li金屬||硫電池的比能量（Wh kg^-1）。

此外，作者還批判性地評估了通過均相和非均相電催化方法在非水系Na/K/Mg/Ca/Al||S和水系Zn||S電池中研究電化學硫轉化的進展。最后，作者為設計實用的后Li金屬||硫電池提供了潛在研究方向的批判性展望。

圖文導讀

圖1：后Li-M||S電池在電極級別和設備級別的電化學性能，包括基于硫電極的容量、平均放電電池電壓、倍率和硫質量負荷。

圖2：后Li-M||S電池的比能量和定量參數。

圖3：M||S電池中非均相和均相電催化材料的設計，以及電催化材料設計的火山圖。

圖4：室溫下Na||S電池的電催化材料，包括Na||S電池面臨的挑戰、不同金屬氮化物的電催化活性比較、以及電解液添加劑在循環中的穩定性。

圖5：室溫下K||S、Mg||S、Ca||S和Al||S電池的電催化材料，包括這些電池面臨的主要挑戰和性能指標的比較。

圖6：水系Zn||S電池中的電催化材料，包括面臨的挑戰、電解液添加劑對Zn||S電池極化的影響，以及不同電解液和添加劑的循環性能比較。

圖7：在富/貧電解質條件下硫的反應途徑。

總結展望

本文對后Li-M||硫電池中的電催化材料進行了全面的分析和評估，指出了提高這些電池性能的關鍵參數和機制。文章強調了硫電極參數、電解液/硫比和電極容量比對電池比能量的重要性，并討論了均相和非均相電催化材料在改善硫利用和電池循環效率方面的潛力。

此外，文章還提出了未來研究的方向，包括電催化材料的設計、電解液和分離器的優化，以及在實際環境中電化學機制的深入研究，旨在推動后Li-M||硫電池技術的發展和實際應用。

文獻信息

標題：The role of electrocatalytic materials for developing post-lithium metal||sulfur batteries

期刊：Nature Communications

DOI：10.1038/s41467-024-49164-6

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