无限遐想！Advanced系列能源转换与存储类封面大赏（7月第4期）

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——编语

锂金属电池

无限遐想！Advanced系列能源转换与存储类封面大赏（7月第4期）
韩国高丽大学（Korea University）Seung-Ho Yu教授与Ji Hyun Um博士综述了原位或工况表征锂金属枝晶生长过程的实验技术。了解锂枝晶生长原理是理性提升锂金属负极稳定性的重要参考。较传统表征方法，原位或工况表征更贴近锂金属负极的实际工作条件，能观察到锂枝晶生长的动态过程，因而获取更真实的结果。文章首先归纳了锂枝晶生长机理与模型，后基于观察锂金属沉积与溶解两类过程，总结了利用光、电子、X射线、中子、磁性的表征技术的最新进展。作者们在文末指出了原位与工况表征技术当下面临的难点，包括：
1）表征所用容器与实际电池结构有差别。这种差别可能导致电化学性能差异
2）表征使用的电解液体积仅有纳微升数量级，只能润湿被观察电极的表面，比电池中电极的被浸润程度小
3）微电极间距离比实际电池两电极间距离短
以上这些因素使得表征条件偏离锂金属电极的实际工作环境，因而影响表征结果的可靠性。因此，作者们提出原位或工况表征应与传统非原位表征相辅相成，而非二元对立。
无限遐想！Advanced系列能源转换与存储类封面大赏（7月第4期）
在一个锂金属电极的转盘上放置着锂枝晶生长程度不同的电极。镜头、探针等“长枪短炮”正对着一块锂枝晶观察。顺着这块锂枝晶向左上方可以看到一个锂金属电池立在转盘中央，可见转盘对应了锂金属电池不同荷电状态，而锂枝晶形貌也相应出现不同生长程度。封面整体构图体现了原位或工况表征的综述要点。
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无限遐想！Advanced系列能源转换与存储类封面大赏（7月第4期）

双氧水的催化合成

无限遐想！Advanced系列能源转换与存储类封面大赏（7月第4期）
韩国高丽大学Kwan-Young Lee教授及同事综述了H2O2的催化合成进展。H2O2作为一种氧化剂，在废水处理、化学品合成、杀菌消毒、半导体刻蚀、纸张漂白等领域广泛应用。传统合成H2O2的蒽醌氧化法虽能大规模制备H2O2，但同时会产生大量有机溶剂，污染环境。
得益于纳米材料表面组分调控的合成方法及密度泛函理论计算的发展，能将H2和O2直接转化为H2O2的催化剂于近年来不断涌现。本文收录了这些催化剂的合成方法与性能，要点如下：
1、直接合成H2O2的催化机理汇总（第二部分）；
2、单金属钯催化剂（第三部分）；
3、基于金属钯的双金属催化剂（第四部分）
4、不含钯的双金属催化剂（第五部分）
5、催化剂负载基底对催化性能的促进作用（第六部分）
6、光催化、电催化、膜催化合成H2O2的技术进展（第七部分）
每部分都包括理论计算进展与实验成果，体现了理论与实践相互配合的和谐之道。
无限遐想！Advanced系列能源转换与存储类封面大赏（7月第4期）
画面中心表现了H2和O2气体经催化剂表面化合为H2O2的过程。四周环绕着六种不同晶型催化剂，突出综述主题。此外，细心观察可以看到中心催化剂置于一块电路板芯片上，加之背景中的电路应该体现了理论计算对于催化剂研发的有力支持。
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超级电容器综述

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韩国高丽大学Woong Kim教授和Jinwoo Park博士综述了用于交流滤波的超级电容器的研究进展。交流滤波器是一种滤除交流输电系统中由直流控制系统产生的谐波的器件。铝电解电容器是其主要组成部件之一。但这种电容器虽能快速充放电，但电容有限。因此，同样具备快充能力、电容较大的超级电容器成为铝电解电容器的可能替代品。超级电容器的高电容有利于减小滤波器体积，便于电子器件微型化。
全文从电极材料、电解液材料、器件构造三方面入手，全面介绍了用于交流滤波的超级电容器研究进展。其中电极材料包括碳电极、过渡金属氧化物电极、聚合物电极等，电解液材料包括水系、非水系、凝胶类电解液，器件构造包括单器件与多器件。作者在每部分结尾处均展望了相关发展方向。制得一提的是，文章结尾部分作者们提出双连续相结构是今后超级电容器快充、高能性能的突破口之一。
无限遐想！Advanced系列能源转换与存储类封面大赏（7月第4期）
封面展示了双连续相中的离子快速迁移过程。蓝色为电解液，银白色为电极。双连续相减少了电解液中离子到达电极表面的扩散距离，因而提升超级电容器的功率密度。高功率密度是超级电容器用于交流滤波的核心性能。
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柔性电极综述

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韩国高丽大学Jinhan Cho教授、美国佐治亚理工（Georgia Tech）Seung Woo Lee教授及合作者们综述了能源收集、转化与存储应用中构筑电极活性材料与基底界面的策略。活性材料与基底（或集流体）间的电荷传递（charge transfer）是决定电化学器件性能的关键因素之一。本综述聚焦以颗粒物为活性材料的电极，着重介绍了提升颗粒物界面附着力、改善界面电荷传递动力学的合成方法和修饰策略。此外，文章还涉及将颗粒物电极整合到柔性器件中的方法实例。
全文涉及的能源器件包括摩擦纳米发电机、压电纳米发电机、生物燃料电池、锂离子电容器、超级电容器，包罗万象。
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两块颗粒电极相互碰撞，迸出液体，直观体现了“界面”这一综述的核心。左右两片电极中的颗粒表面附着有“绿茸”或“蓝毛”，这些都是为提升界面电荷传递效率的表面修饰层。液体可能对应电解液或两电极间的电解液，也可能是为了强调界面所绘。
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锂硫电池

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捷克帕拉茨基大学（Palacký University）研究团队报道了一种锂硫电池的硫/石墨烯复合正极材料。该材料通过多硫化钠与氟代石墨烯发生的取代反应，将硫链以共价键结合在石墨烯层间制备而成。
这种材料有两大优点。其一是硫载量高，达80 wt.%。其二是共价键强力结合使得小电流密度下多硫化物的穿梭效应被极大抑制，提升了电池寿命。0.1 C电流密度下，100次充放电循环后的电容量为~700 mAh/g；0.2 C电流密度下，250次充放电循环后的电容量为~644 mAh/g，500次循环后电容量保持在~470 mAh/g。
无限遐想！Advanced系列能源转换与存储类封面大赏（7月第4期）
两片石墨烯“墙壁”之间悬挂着数条硫链。这些硫因为被“墙壁”牢牢固定，虽能与嵌入的Li+反应但无法随之而去，表现了多硫化锂穿梭效应被抑制的亮点。远处两块电池代表锂硫电池。
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赝电容电容器

无限遐想！Advanced系列能源转换与存储类封面大赏（7月第4期）
澳大利亚新南威尔士大学（UNSW）Samane Maroufi 博士及其同事报道了一种化学成分为Mn1−x−y(CexLay)O2−δ的赝电容材料。这种材料以废旧镍氢电池的浸取液为原料，采用恒电流法电镀而得，形貌为无规取向的纳米片。控制电镀时间可调控电极材料的膜厚（5-627 nm）和透明度（29-100%）。86%透明度的电极的最大实测面积比电容为3.4 mF/cm2。16000次充放电后电容保持率90%。采用柔性基底作为电镀基底可制成柔性赝电容电容器电极，其电容在被弯曲45-180度时均无明显降低。
这种材料的赝电容反应过程为O2-阴离子进入或脱出Mn1−x−y(CexLay)O2−δ孔道，使Ce、La、Mn阳离子的价态发生转变。
无限遐想！Advanced系列能源转换与存储类封面大赏（7月第4期）
右上方模型展示Mn1−x−y(CexLay)O2−δ的晶体结构。结构中可见离子正进入孔道中，这是Mn1−x−y(CexLay)O2−δ赝电容储能的核心过程。左侧放置了数片透明度不同的柔性电极，体现了柔性、透明赝电容电极的论文主题。背景的剔透之感无不强调了透明的亮点。
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无限遐想！Advanced系列能源转换与存储类封面大赏（7月第4期）

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