Advanced系列能源转换与存储类封面大赏（7月第1期）

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——编者

3D打印超级电容器

Advanced系列能源转换与存储类封面大赏（7月第1期）

瑞士联邦材料科学与技术研究所（Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology）Gustav Nyström博士课题组报道了一种全3D打印的可降解超级电容器。该工作直击因电子产品更新、换代产生的大量电子废弃物难以处理的难题。通过制造可降解电子器件，从源头上减少电子废弃物的数量。

具体而言，他们采用了以纤维素为主体的墨水材料，通过墨水直写（Direct Ink Writing）技术构建超级电容器。储能活性物质为活性炭，最大电容25.6 F/g（基于活性炭质量），最大输出电压1.2 V。纤维素赋予器件可降解性：埋在土里的超级电容器一周后质量减少30%，两个月后剩50%的重量。余下的碳材料无毒无害，且可被回收利用再次制造超级电容器，对环境负担小。笔者认为可降解器件的研发或成为今后能源存储领域的新热点之一。

封面开了个脑洞，将文章报道的3D打印超级电容器比作树林。论文报道的超级电容器是通过将打印在一块基板上的正极/电解质与负极/电解质翻折相对组装而成。封面则将正负电极化作两片相对的树林，并给上方的房屋供电。如此构图不仅表现了能源供应的应用，还以树林表达了可降解相关的绿色、环保主题。

锂氧电池电解液

Advanced系列能源转换与存储类封面大赏（7月第1期）

英国利物浦大学（Liverpool University）Laurence J. Hardwick教授、Alex R. Neale博士及合作者探究了通过调整锂空电池电解液配方以达到电解液与锂金属负极兼容的可行性。DMSO是一种常用的电解液溶剂，但其对金属锂不稳定，因而限制了它在高能量密度的锂金属电池中的应用。为解决这一瓶颈，作者们猜想可通过向DMSO/锂盐（LiTFSI）体系中引入第三组分——离子液体（[Pyrr₁₄][TFSI]）以调控DMSO的浓度，从而改变电解液对锂的稳定性。

通过拉曼光谱、NMR和计算模拟等表征手段，作者们发现当溶液中所有DMSO分子都与Li⁺相互作用时，DMSO对锂的稳定性最高。此时DMSO与Li⁺的物质的量比大约为4:1。使用最佳配比电解液时，锂金属电极可稳定剥离-沉积超过900小时而电池过电势无明显变化，剥离-沉积库伦效率大于94%。电解液中的溶解氧对与金属锂电极的剥离-沉积稳定性影响甚微。

画面右上侧为一块氧气正极（周围布满红色氧气分子），左上和正下方为两块金属锂负极。电解液中的气泡中四个DMSO和Li⁺络合在一起，对应文章报道的稳定配比。没有处在气泡中的DMSO（自由溶剂分子）接触左上方锂后使锂的表面变得斑驳，而有气泡包裹的DMSO则能保持下方锂金属电极的平整、洁净。这一对比突显了电解液中离子溶剂化结构对于提升电解液对锂金属稳定性的必要性。此外，画面中还有长链离子液体添加剂。

微型超级电容器

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中科院大连化物研究所吴忠帅、刘生忠课题组联合发表了一种用于喷墨打印的环保水性墨水材料。该墨水材料的主要成分为Ti₃C₂T_x MXene纳米片和导电的PH1000（一种PEDOT导电高分子），可用于喷墨打印微型超级电容器。PH1000阻碍了MXene纳米片团聚，确保电子和离子在打印电极中能够快速传导。打印的对称超级电容器的体积电容高达754 F/cm³，能量密度达到9.4 mWh/cm³。此外，这种微型超级电容器可作为电能存储元件方便地整合于微型电路中，用于制造微型电子器件或系统。

封面全面集合了论文所有要点：左上方打印嘴里装有MXene水溶液，对应打印墨水（材料）。下方打印出的插指电极对应微型超级电容器（器件）。在微型超级电容器的一端电极上附着温敏材料后制成传感器，感知太阳能机械手的按压（应用）。

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