电池顶刊集锦：AEM、Nano Energy、EnSM、ACS Energy Lett.等最新成果

1. 中科院上海陶瓷研究所靳俊&温兆银AEM:微区焊接策略防止非活性硫物种的形成

深入了解锂电池故障机制对于为促进这类电池的电化学性能提供设计指导具有重要意义。

近日，中科院上海陶瓷研究所靳俊（通讯作者）和温兆银（通讯作者）等人发现在放电期间，固体硫物质沉积在基底上，导致大的接触电阻和缓慢的氧化还原动力学。然后，累积效应导致在低维衬底（0 D，1 D和2 D）上形成孤立的非活性硫物质。在这方面，提出了一种抵抗非活性硫物质形成的微区焊接策略，极大地提高了Li-S电池的电化学性能。电池显示出7.8 mAh cm^-2的高放电容量和良好的循环稳定性。

碳硫正极和电阻模型示意图

正极材料的表征

不同衬底上的原位电化学阻抗谱及多硫化锂沉积行为

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. 华南理工胡仁宗&朱敏AEM:可扩展至−50 °C的宽温SnO₂基负极

锂离子电池（LIB）由于负极，电解质和固体电解质界面（SEI）中的Li⁺传输动力学缓慢以及大的过电位，甚至不能在-10 ℃以下安全充电。这导致在负极表面上沉积Li。

近日，华南理工胡仁宗（通讯作者）和朱敏（通讯作者）等人开发了SnO₂-LiF石墨（SLG）复合负极用于广泛的温度应用。具有碳酸亚丙酯电解质的SLG在60 ℃下以100 mA g^-1提供超过900 mA h g^-1的稳定容量，在-10 ℃下保持823.9 mAh g^-1。当与基于四氢呋喃的电解质匹配时，SLG分别在-40 ℃下提供780.4 mAh g^-1和在-50 ℃下提供637.2 mAh g^-1的稳定容量。证明了LiF诱导的富含无机物的SEI维持了活性Sn的纳米结构，并且它们与电解质的界面是高度稳定的。这项工作表明，LiF改性的SnO₂负极与合适的电解质相匹配，可以使LIB在宽温度下具有安全和长寿命的资格，这有助于进一步促进这些电池的低温应用。

LiF添加剂对SnO₂合金化和转化行为的影响

SnO₂–LiF–石墨负极结构表征

不同电流倍率下SLG电极在30 °C下的循环稳定性

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. 韩国釜山国立大学&韩国高级科学技术研究院ACS Energy Lett.：双阳离子杂芳基吡啶作为非水氧化还原液流电池负极材料的系统设计

许多有机氧化还原材料在化学上不稳定并且微溶于非水介质。此外，氧化还原材料的交叉和有限膜的可用性限制了这些材料在非水氧化还原低电池（RFB）中的长期循环性。

近日，韩国釜山国立大学Jung Min Joo（通讯作者）和韩国高级科学技术研究院Hye Ryung Byon（通讯作者）等人为了克服这些限制，开发了一类新的吡啶鎓基负电解质。通过将苯并噻唑引入吡啶鎓的C4位来延长吡啶鎓分子的π-共轭结构，这提高了这些分子的稳定性。双阳离子苯并噻唑基吡啶鎓的0.1 M溶液在对称RFB中250个循环的每个循环显示0.0083%的容量衰减率，并且在包含铵取代的二茂铁作为正电解质的全RFB中显示0.08%的容量衰减率。

杂芳烃取代吡啶类化合物的制备

4 mM TMAP-BTP²⁺·2TFSI⁻在0.1 M TBATFSI/MeCN电解质溶液中的电化学性质

TMAP-BTP²⁺·2TFSI⁻对称的RFB测试

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

4. 澳大利亚新南威尔士大学EnSM:弱碱性高压水基Zn/LiCoO₂混合电池

可充电水性锌基电池（RAZB）由于其不可燃性，低成本和高容量而成为锂离子电池的有吸引力的替代品。然而，缺乏耐用的高电位正极材料限制了RAZB的电压。许多高电位正极是层状锂金属氧化物（例如LiCoO₂），其经常在含水酸性或中性电解质中降解。

近日，澳大利亚新南威尔士大学王大伟（通讯作者）和Huabo Liu（通讯作者）等人发现了一个1.99 V的Zn/LiCoO₂水混合电池，具有显着的循环稳定性和出色的倍率性能。水性弱碱性含氨电解质（MAAE）具有出色的性能，可促进LiCoO₂正极的可逆性并抑制Zn负极的枝晶生长。

带有MAAE的水基锌/液碳电池示意图

LCO在MAAE电解液中的循环稳定性

Zn/Zn对称电池在MAAE和6 M KOH电解液中的沉积/脱出试验

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

5. 澳大利亚新南威尔士大学王大伟EnSM:纳米流体填料实现高容量纳米颗粒电极

纳米材料广泛应用于锂离子电池，以提高功率/能量性能。然而，纳米颗粒的低堆积密度限制了电极的体积容量。缩放纳米粒子电极导致孔隙破坏，电解质阻塞和差的离子传输。

近日，澳大利亚新南威尔士大学王大伟（通讯作者）等人这项工作报告了纳米流体添加剂在超致密纳米颗粒电极中的无阻碍离子传输，纳米流体添加剂提供快速离子通道而不损失电极密度。作为模型正极材料的亚微米商业LiFePO₄颗粒被用于制造纳米流体增强的致密电极，其在液体和凝胶-聚合物电解质中显示出优异的体积容量，其超过了最先进的LiFePO₄电极。在高容量紧凑型电池的设计中，这种纳米流体策略可以扩展到其他电活性纳米颗粒。

TALP的纳米流体夹层

T-LFP电极的制备与表征

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. 韩国世宗大学&韩国顺天大学EnSM:超稳定Ti₂O（PO₄）₂（H₂O）作为钙离子电池用新型Ca²⁺储存电极材料

钙离子电池（CIB）的实际应用遭受缺乏可靠的电极材料，其具有长的循环寿命和较不严重的滞后和电容电压行为。

近日，韩国世宗大学（通讯作者）Kee-Sun Sohn，韩国顺天大学Myoungho Pyo（通讯作者）和Woon-Bae Park（通讯作者）等人首次将Ti₂O（PO₄）₂（H₂O）描述为用于CIB的新型Ca²⁺插入电极材料。水热合成的Ti₂O（PO₄）₂（H₂O）可以在室温下以约2.6 V可逆地储存约0.51 Ca²⁺（约85 mAh g^-1）。这种新材料通过在1500次充电/放电（C/D）循环后保持约95%的初始容量，显示出前所未有的长循环性。结构和组成证实了与Ti⁴⁺/Ti³⁺氧化还原相关的可逆Ca²⁺插入。原位X射线衍射（XRD）研究表明，Ti₂O（PO₄）₂（H₂O）中Ca²⁺离子的电化学插入/提取伴随着最小的尺寸变化，晶体结构没有变化，这被认为是造成这种变化的原因。

Ti₂O（PO₄）₂（H₂O）的合成与表征

水热合成的Ti₂O（PO₄）₂（H₂O）的EDX结果

Ti₂O（PO₄）₂（H₂O）电极的循环性能

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. 中国石油大学刘征&范壮军EnSM:强氧化诱导富含醌的多巴胺助力高容量多孔碳有机正极

有机阴极由于其高理论容量，分子多样性和可持续性而成为钠离子电池（SIB）的有希望的候选者。然而，较差的速率性能和较差的循环寿命仍然限制了它们的大规模应用。

近日，中国石油大学刘征（通讯作者）和范壮军（通讯作者）等人通过超快速异相成核过程制备了紧密粘附在3D多孔碳表面（PC-PDA-APS）上的富含超薄醌的聚多巴胺（PDA）涂层的简便策略。用作引发剂的过硫酸铵（APS）不仅可以抑制多巴胺的自成核，还可以促进从双羟基向双羰基的转化，超高转化率高达81%。受益于连接间3D碳骨架，超薄PDA涂层和超高醌含量的协同作用，PC-PDA-APS表现出显着高的比容量和出色的倍率性能。

紧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层的制造工艺示意图

多巴胺、PC-PDA-O₂和PC-PDA-APS水溶液的紫外-可见光谱

PC-PDA-O₂和PC-PDA-APS电极的电化学性能表征

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. 印度法拉第材料实验室Prabeer Barpanda Nano Energy：四磷酸钴作为混合钠空气电池的高效双功能电催化剂

经济高效的双功能电催化剂是实现可充电(混合)金属-空气电池的关键。

近日，印度法拉第材料实验室Prabeer Barpanda（通讯作者）等人揭示了钴基四磷酸钾K₂Co(PO₃)₄作为一种经济的双功能电催化剂作为可充电混合钠-空气电池的正极。这种单斜晶系化合物具有较高的析氧活性，其过电位较低(约0.32 V)，超过了商用RuO₂催化剂。成功地实现了四磷酸钾(K₂Co(PO₃)₄)在混合钠-空气电池中的可逆循环，往返效率超过70%。DFT研究表明，这种催化活性来源于K₂Co(PO₃)₄中Co最活跃、最稳定的(001)表面和半金属性质。利用四磷酸钴可以设计出低成本的钠-空气电池电催化剂。

K₂Co(PO₃)₄的合成及表征

K₂Co(PO₃)₄的氧还原反应性能

K₂Co(PO₃)₄的析氧反应性能

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

原创文章，作者：科研小搬砖，如若转载，请注明来源华算科技，注明出处：https://www.v-suan.com/index.php/2023/10/23/cb3be7b233/

电池顶刊集锦：AEM、Nano Energy、EnSM、ACS Energy Lett.等最新成果

相关推荐