【集锦】Wiley顶刊动态 | 钾离子电池，无锂枝晶镀层，电催化剂，木材衍生能源材料

1. 综述：用于先进电化学储能设备的木材衍生材料

在过去的数十年中，木材及其衍生材料被广泛开发应用于各种功能器件的研究。除了可再生、环境友好、储量丰富和可生物降解之外，木材衍生材料还有几个独特的优点，包括多级孔结构、优异的机械性能以及功能可调等特性，使它们非常适合应用于制备高效能量存储和转换器件的电极材料。

近日，华南理工大学的黄建林团队和美国佐治亚理工学院刘美林综述了木材及其衍生材料应用于电化学储能器件的最新研究进展，着重讨论了其在超级电容器、锂/钠离子电池、锂硫等储能器件中的应用，深入、全面讨论了电极的微/纳米结构设计以及它们对电化学性能（能量和功率密度以及耐久性）的影响。 

最后，总结了木材及其衍生材料应用于电化学储能方向所面临的挑战，并给出了相应的解决方案，以及对该领域未来的研究方向提出了建设性意见。

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201902255

2. 电催化剂：利用三维树皮状氮掺杂碳合成超薄硼酸盐纳米网状材料

超薄纳米网状材料完美地继承了二维超薄材料和多孔纳米结构的综合优势，在催化和电子器件方面显示出巨大的应用潜力。

深圳大学何传新团队介绍了利用三维树皮装氮掺杂碳为纳米反应器来合成超薄金属硼酸盐（例Co‐B_i, Ni‐B_i, 和 Fe‐B_i）的一般方法。这种方式是直接合成的，没有使用模板，只包括金属阳离子和硼氢化钠之间的一步反应。作为纳米反应器的材料来自荔枝外果皮的生物质废弃物。

这种材料具有低成本，断裂的纹理和多孔纳米结构（比表面积为1915.5m²g^-1），电负性表面（zeta电位：-43mV）和超亲水性等多项独特优势，能够强有力吸附金属阳离子，有效控制二位纳米粒子的生长。按照这种方法合成的Co-Bi 和Ru-Co-Bi纳米粒子在析氢和析氧反应中表现出优异的性能。

令人印象深刻的是，基于Co-Bi和Ru-Co-Bi纳米粒子的水分解装置能够在1.53V的小电池电压下实现10 mA cm^-2的电流密度。因此，这项工作为快速合成超薄金属纳米网状材料开辟了新的途径。

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aenm.201901130

3. 用于高性能锂金属电池的层间无枝晶锂镀层

锂金属由于其高理论容量和低氧化还原电位，被认为是最有前途的下一代电池负极材料之一。然而锂金属负极的应用受到锂枝晶的阻碍，锂枝晶是嵌锂和脱锂过程中形成的，容易导致安全问题。研究人员试图通过对锂层进行空间限制来解决这个问题。然而，如何有效地将Li沉积到密闭空间中仍是一个挑战。

电子科技大学康毅进团队在石墨化C3N4(g-C3N4)和碳布（CC）之间构建中间层，实现了原位形成无枝晶锂镀层。g‐C3N4/CC作为负极电极材料，在2 mA cm^-2 的充放电电流密度下过电位仅为约80mV，能够在超过1500 h的时间内保持卓越的循环稳定性。此外，全电池(Li/g‐C3N4/CC为负极，LiCoO2为正极)的库仑效率在300圈以上达到99.4%。

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201901662

4. 石墨负极用于钾离子电池具有前所未有的性能

石墨负极作为钾离子电池（PIB）的负极具有低成本和高能量密度的优点，但也具有循环时间有限和稳定性较差等局限性。

湖南大学鲁兵安团队使用浓缩电解质设计，证明在石墨负极上形成坚固的无机富钾钝化层可以解决这些问题。结果表明，具有石墨负极的钾离子电池可以运行超过2000个循环（运行时间超过17个月），容量衰减可以忽略，并且其面积比容量能够超过7.36mAh cm^-2，密度能够达到28.56mg cm^-2。

使用石墨作为负极的钾离子电池拥有的这些前所未有的性能可以与锂离子电池相媲美，有望推动高性能钾离子电池的快速发展。

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201904258

5. 钾离子电池负极：硫接枝空心碳球

对钾离子来说，富硫碳被开发得很少。克拉克森大学的David Mitlin团队及天津大学的钟澄团队合作开发了一种硫接枝的空心碳球（SHCS）钾离子负极材料，材料中硫（38% wt%）与碳基体形成了化学键。

SHCS结构提供了纳米级(≈40nm)扩散距离和C-S化学键合的组合，能够实现最小化的循环容量衰减和库伦效率损失。SHCS的可逆容量为581mAhg⁻¹ (0.025 A g⁻¹)，是目前报道的最高可逆容量。

对无硫的碳基体进行电化学分析，发现无论是碳基体还是硫都有很高的化学活性。SHCS也显示出优异的倍率性能，在1.5、3和5mAh g^-1时能分别达到202、160、110mAh g^-1.电池在3A g^-1时的第5-1000次循环中能够保持93%的容量，稳态库伦效率能接近100%。

拉曼分析表明，相对于K / K⁺， C-S和S-S键的可逆断裂的电势为0.01V。恒电流间歇滴定技术(GITT)分析提供了电压相关的K⁺扩散系数，在嵌钾和脱钾时，扩散系数范围在10 ^-10到10 ^{– 12}cm²S^-1之间。

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201900429