电池顶刊集锦：AM、AFM、Nano energy、Angew.、EnSM、ACS Energy Lett.等

1. 天津大学张伊放&中南大学潘安强最新AFM:长寿命锌金属负极防腐锌离子调节复合中间层

锌金属负极被认为是水基锌基电池最有前景的负极选择之一。然而，树枝状结构和错综复杂的副反应阻碍了它的应用。近日，天津大学张伊放（通讯作者）和中南大学潘安强（通讯作者）等人在知名期刊Adv. Funct. Mater.上发表了题为“Anti-Corrosive and Zn-Ion-Regulating Composite Interlayer Enabling Long-Life Zn Metal Anodes”的研究性论文。

作者引入了一种弹性防腐夹层来解决这一问题。利用非晶态和纳米结构氮化硅(Si₃N₄)独特的介电行为，将其颗粒均匀分散在聚丙烯腈(PAN)中，制备了一层附着在金属锌上的中间层(PSN-Zn)。PAN作为弹性约束抑制了枝晶的剧烈演化，阻止了H₂O/O₂的腐蚀，而高介电常数的Si₃N₄有利于离子动力学，并提供了均匀的Zn沉积。在1 mA cm⁻²时，锌负极的电化学稳定性和沉积一致性大大提高，寿命可达800 h以上。即使在苛刻的深放电(DOD_Zn=60%)和高电流密度(10 mA cm⁻²)下，锌负极仍能稳定工作250 h以上，并通过实验和理论模拟对其介电性能的影响进行了系统的讨论和验证。

裸锌(左)和具有PSN涂层的锌(中)上的Zn沉积/脱出行为示意图

裸Zn和Zn-PSN箔在2 M ZnSO₄电解液中的腐蚀特性

材料的电化学性能研究

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

2. 北京理工大学曹传宝&朱有启最新AFM：用于高性能储镁的CuSe纳米片

CuSe作为转换型正极材料，因其比容量大而备受关注，但在重复充放电循环过程中，由于结构坍塌，容量衰减严重。近日，北京理工大学曹传宝（通讯作者）和朱有启（通讯作者）等人在知名期刊Adv. Funct. Mater.上发表了题为“Pulverization-Tolerant CuSe Nanoflakes with High (110) Planar Orientation for High-Performance Magnesium Storage”的研究性论文。

作者在微波辐射下通过温控晶体生长路线进行了设计，得到了单晶和(110)择优取向的CuSe纳米晶。所制备的CuSe纳米片状正极材料具有高的可逆容量(在200 mA g⁻¹电流密度下为204 mAh g⁻¹)、优异的倍率性能和显著的长期循环稳定性(在700次循环中，1 A g^-1下的容量衰减率为0.095%)。X射线光电子能谱(XPS)和X射线衍射(XRD)证实了CuSe纳米片状正极材料的多步可逆转化机理。结构演化研究表明，单晶CuSe纳米片可以表现出相对持久的结构稳定性。良好的循环稳定性可以归因于CuSe纳米片状正极材料具有良好的抗粉碎性，这是由于其多步可逆转化机制和单晶特性所赋予的。此外，优先取向的(110)活性平面有利于电化学反应，以确保高比容量。本工作为制备高性能转换型镁二次电池电极材料提供了一种晶体工程策略。

CuSe纳米片制备示意图

CuSe纳米薄片的高分辨率XPS表征

(110)择优取向CuSe纳米片的形貌和微结构表征

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

3. 太平洋西北国家实验室张继光&Ran Yi最新AM：沥青助力纳米硅负极储能更进一步

多孔硅(Si)/碳纳米复合材料作为高能锂离子电池(LIB)的负极材料已被广泛研究。然而，在制备过程中，纳米孔结构中Si的收缩和烧结往往会削弱多孔Si的全部优势。近日，太平洋西北国家实验室张继光（通讯作者）和Ran Yi（通讯作者）等人在知名期刊Adv. Mater.上发表了题为“A Micrometer-Sized Silicon/Carbon Composite Anode Synthesized by Impregnation of Petroleum Pitch in Nanoporous Silicon”的研究性论文。

作者报道了一种通过在多孔硅中浸渍石油沥青，然后再进行高温处理来保存多孔硅纳米结构的可伸缩方法。由此得到的微米尺寸的Si/C复合材料保持了所需的孔隙率，以适应较大的体积变化和高电导率，从而促进电荷转移。它还形成了一层稳定的表面涂层，限制了电解质对纳米多孔硅的渗透，并最大限度地减少了循环和储存过程中电解质与硅之间的副反应。硅基负极含有80%的沥青衍生碳/纳米孔硅，可以非常稳定地循环(NMC532)电池(450次循环后容量保持80%)。它还可以降低下一代高能LIBs所需的粒子和电极的膨胀程度。该方法还可用于保存其他需要高温处理的纳米多孔材料的多孔结构。

高温处理过程中保存设计纳米结构的重要性

沥青在Np-Si中的浸渍

碳化过程中Np-Si和P/Np-Si的结构研究

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. 土耳其中东技术大学Husnu Emrah Unalan最新Nano Energy：基于织物的人机界面可穿戴摩擦电纳米发电机

随着可穿戴电子产品材料的进步，电子纺织品受到了极大的关注。洗涤稳定性差和可穿戴电子产品需要外部电源是目前亟待解决的两大问题。近日，土耳其中东技术大学Husnu Emrah Unalan（通讯作者）等人在知名期刊Nano Energy上发表了题为“Fabric based wearable triboelectric nanogenerators for human machine interface ”的研究性论文。

在本研究中，作者提出了一种低成本和可扩展的设计，作为上述问题的组合解决方案。将热塑性聚氨酯(TPU)薄膜层压银纳米线(Ag NW)修饰织物用作摩擦电纳米发电机(TENG)电极，用于自供电可穿戴式人机接口装置。对制备的器件的电阻变化和焦耳加热性能进行了研究，结果表明，该器件的洗涤稳定性可达15次洗涤循环。为了展示制造出来的电子手环的真正潜力，开发了一款自供电的电子腕带作为人机接口，并将其用作键盘来控制基本的计算机操作。

热塑性聚氨酯(TPU)层压Ag NW改性棉织物制作步骤示意图

电极的工作机理和与分离相关的开路电压的模拟结果

电极的电化学性能研究

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

5. 清华大学张强最新Angew：金属锂电池中稳定的阴离子衍生固体电解质界面

非均匀固体电解质界面(SEI)导致的树枝状锂沉积严重阻碍了高能量密度锂(Li)金属电池的发展。近日，清华大学张强（通讯作者）等人在知名期刊Angew. Chem. Int. Ed.上发表了题为“Stable Anion-Derived Solid Electrolyte Interphase in Lithium Metal Batteries”的研究性论文。

作者建议通过阴离子受体调节阴离子的电解质结构来构建稳定的阴离子衍生SEI。含缺电子硼原子的三(五氟苯基)硼烷阴离子受体与双(氟磺酰基)酰亚胺阴离子(FSI⁻)相互作用，降低了其还原稳定性。此外，FSI^–在电解质中的聚集团类型发生了变化，在TPFPB的存在下，FSI^–与更多的Li离子相互作用（AGG-II）。因此，促进了FSI⁻分解生成Li₂S，提高了阴离子衍生SEI的稳定性。在实际条件下工作的Li|LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂电池中，带有TPFPB的阴离子衍生SEI经历了194次循环，而常规阴离子衍生SEI为98次。这项工作为通过调控阴离子的电解质结构来构建稳定的阴离子衍生SEI提供了新的思路。

通过密度泛函理论计算研究了FSI⁻与TPFPB之间的相互作用

不同聚集态团簇中FSI⁻的拉曼光谱

不同电解质中形成的SEI的组成分析

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：低温常温钠硫电池操作的设计与研究

在使用高硫负极的同时尽量减少多硫化物的穿梭，对于实现实用化的室温钠硫(RT Na-S)电池至关重要。由于它们价格低廉，材料丰富，这些电池作为未来低成本的固定式储能设备具有巨大的潜力。电解质可溶性Na-多硫化物电化学转化为不溶性最终产物的缓慢动力学导致中间产物在电解质中的快速积累，从而加剧了多硫化物的穿梭。近日，印度理工学院孟买分校Sagar Mitra（通讯作者），澳大利亚莫纳什大学Douglas R. MacFarlane（通讯作者）和迪肯大学Maria Forsyth（通讯作者）等人在知名期刊Energy Storage Materials上发表了题为“Sub-zero and room-temperature sodium–sulfur battery cell operations: A rational current collector, catalyst and sulphur-host design and study”的研究性论文。

作者报道了修饰在活性炭布上的氧化铟锡纳米颗粒(ITO@ACC)作为一种电催化底物，它固定了高阶Na-多硫化物，并促进了它们转化为不溶性的最终放电产物，从而抑制了中间产物在电解液中的积累。电子顺磁共振(EPR)谱证实其转化为不溶性末端放电产物是通过自由基偶联机制实现的。在20 °C时，ITO@ACC催化的钠硫电池(6.8 mg(S) cm^-2)的早期循环容量为684 mA·h·g(S)^-1。此外，还首次实现了低温钠硫电池，在-10 ℃下工作，电池在0.1 C下的初始比容量为342 mA h g(S)^-1。

Na₂S₆@ITO@ACC正极合成示意图

Na₂S₆@ITO@ACC正极的循环性能分析

Na₂S₆@ACC和Na₂S₆@ITO@ACC正极在0.1 mV s^-1下的循环伏安曲线

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. 赵予生&赵若&邹如强最新ACS Energy Lett.：离子导电MOF胶粘剂夹层稳定NASICON型电解质对锂负极的影响

钠快离子导体(NASICON)型电解质具有较高的离子电导率和湿度/空气稳定性，是固态电池所必需的。然而，它们普遍存在电化学稳定性差和与锂金属接触不足的问题，导致性能严重下降。近日，南方科技大学赵予生（通讯作者），赵若（通讯作者）和北京大学邹如强（通讯作者）等人在知名期刊ACS Energy Lett.上发表了题为“Stabilization of NASICON-Type Electrolyte against Li Anode via an Ionic Conductive MOF-Incorporated Adhesive Interlayer”的研究性论文。

作者制备了一种离子导电金属有机骨架聚合物层(简称ZCPL)，并将其用作Li_1.5Al_0.5Ge_1.5(PO₄)₃(LAGP)的包覆层。ZCPL作为保护层，可以有效地阻止锂离子与LAGP之间的氧化还原反应，消除电池循环过程中有害中间相和裂纹的形成。粘合剂ZCPL还可以渗透到LAGP表面的空隙中，形成紧密接触的薄膜连接。此外，ZCPL具有良好的离子导电性和柔软的织构，为Li⁺的快速传输提供了丰富的途径，并确保了Li⁺在界面上的均匀流动。得益于ZCPL，Li对称电池和Li/LiFePO₄全电池均表现出长期循环稳定性。

材料的结构表征

ZCPL和LAGP的Li⁺传导分析

恒电流充放电方法研究LAGP和ZCPL−LAGP对称电池的电化学性能

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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电池顶刊集锦：AM、AFM、Nano energy、Angew.、EnSM、ACS Energy Lett.等

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