JACS、Angew、AM、Matter、AEM鈉電、固態電池、水系鋅電等合集

「來源： ｜電化學能源 ID：easybattery007」

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. Sci. Adv.

：高度可逆鈉離子電池透過多種內在分子相互作用的超結構微晶

自然界中的軟結構，如超螺旋DNA和蛋白質，可以透過多種非共價分子的相互作用組織成複雜的層次結構。識別能夠促進長程分層結構的新類別的天然構件，仍然是一個難以實現的目標。

我們報告了自下而上合成的層次化金屬-酚類

微

晶，其中自組裝以時空控制的方式在不同長度尺度上進行。

酚類配位複合物組織成超分子線，組裝成三級奈米級細絲，最後包裝成四級微晶體。層次有序的結構在熱轉化為金屬-碳混合框架後得以保留，並能為鈉離子電池帶來出色的效能，在200A g-1的超高電流密度下，能達到72。5mAh g-1的容量，在5A g-1的電流密度下，15000次迴圈的容量保持率達到90%。天然多酚的這種分層結構有望找到廣泛的應用。

原文連結：

https：//www。science。org/doi/10。1126/sciadv。abh3482

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.

Mater.Today:

固態鋰金屬電池中的聚合物電解質和介面

基於聚合物電解質的固態鋰金屬電池是具有高安全性和穩定性的高能電化學儲能的有前途的候選者。此外，聚合物電解質的固有特性以及電解質與電極之間的介面接觸對於決定固態鋰金屬電池的綜合性能起到了關鍵作用。在這篇綜述中，首先討論了透過功能單元調整的設計策略開發聚合物電解質。然後介紹了聚合物電解質和正極/負極之間的介面，包括介面問題，穩定介面接觸和降低電阻的補救策略，以及提高相容性和組裝效能良好的電池的原位聚合方法。最後，提供了透過功能單元調整開發聚合物電解質，以及透過有效策略改善固態鋰金屬電池的介面接觸和穩定性的觀點。

原文連結：

https：//doi。org/10。1016/j。mattod。2021。08。005

3.

Mater.Today

：用於可持續鋰離子電池的羰基聚合物的鏈式工程

能源需求的不斷增長和化石燃料的過度消耗，伴隨著日益嚴重的環境問題，迫切需要尋求高效、綠色的能源技術。在過去的幾十年中，採用無機電極材料的鋰離子電池一直主導著此類市場。然而，無機材料在比容量、礦產資源和機械脆弱性以及生態可持續性和成本效率方面正面臨著其固有的侷限性。在過去的幾年裡，羰基聚合物作為鋰離子電池的電極替代品，由於其高容量、快速氧化還原動力學、鏈可設計性、豐富的資源、加工相容性和機械靈活性而引起了相當大的關注。在此，對最新知識進行了及時而全面的概述。特別關注羰基聚合物的工作原理、鏈工程策略、羰基利用和電化學活性。還仔細研究了有關微觀結構、拓撲結構和奈米碳複合材料的結構與效能關係。最後提出了當前的挑戰和未來的展望。本綜述旨在深入瞭解為下一代高效能電池開發氧化還原聚合物的新興主題，以響應經濟和社會可持續發展的迫切需要。

原文連結：

https：//doi。org/10。1016/j。mattod。2021。08。006

4.

Adv. Energ. Mater.:

用於在極端條件下工作的柔性鋅基電池的多功能水凝膠

鋅基電池由於其高容量、低成本和內在的安全性，是靈活儲能的潛在候選。具有飽和水溶劑的水凝膠電解質可以提供顯著的電化學效能，同時為鋅基電池保留令人滿意的靈活性。過去幾十年見證了它們的快速增長。然而，在極端條件下使用水凝膠電解質的鋅基電池的研究仍處於早期階段，許多技術問題仍有待解決。在這篇評論中，討論了水凝膠電解質在鋅基電池中的應用的物理和化學特性。對水凝膠電解質和柔性鋅基電池在極高/極低溫度或變形條件下的策略及其行為進行了回顧和分析。此外，還提出了適合在所有這些極端條件下使用的全方位水凝膠電解質的設計策略。還提供了一個討論鋅基電池水凝膠電解質的挑戰和未來方向的觀點。

原文連結：

https：//doi。org/10。1002/aenm。202170134

5.

ACS Energy Lett.:

用於高效能直接醇燃料電池的層取向設計的二維二碲化鉑

鉑被認為是基於直接液體燃料電池的氧還原反應的最佳催化劑。然而，其高成本和潛在問題一直是商業化的障礙。

在此，我們報告了一種具有混合層取向的二維層狀二碲化鉑 (2D PtTe2) 的新型

鉑

基催化劑，稱為 M-PtTe

2

。

這種材料構成了垂直和水平排列的二維層狀二碲化鉑層，可協同促進氧還原反應；前者促進氧氣吸附和電子轉移，而後者促進氧氧鍵斷裂和氫氧鍵耦合。在奈米結構碳紙上合成的二維層狀二碲化鉑超過了商業 Pt/C 的氧還原反應效能，在半電池中產生了 2。4 倍的比質量活性，在實際裝置中產生了 2 倍的最大功率密度。此外，它表現出極低的乙醇吸附能，揭示了對耐乙醇直接液體燃料電池的前所未有的適用性。這種對二維層取向在氧還原反應動力學和熱力學中作用的新理解表明了有用的催化劑設計原則。

原文連結：

https：//doi。org/10。1021/acsenergylett。1c01776

6.

Adv. Funct. Mater.

：工程聚合物膠水在

1000小時內達到90%的鋅利用率，以製造高效能的鋅離子電池

金屬鋅由於其高容量、低氧化還原電位、豐富的儲量和低成本被認為是“後鋰”儲能的有前途的負極。然而，目前的鋅電池需要大量的鋅，其特點是鋅利用率低，裝置級能量/功率密度遠低於理論值。金屬鋅的有限可逆性歸因於鋅與水系電解質的自發寄生反應，即水腐蝕、鈍化副產物形成和枝晶生長。

在這裡，設計了一種塗覆在

鋅負

極上的新型離子選擇性聚合物膠，透過阻止水擴散同時允許

鋅

離子快速遷移並促進均勻電沉積，從而將

鋅負

極與電解質隔離

。

因此，在高電流密度下 1000 小時實現了創紀錄的 90% 鋅利用率，與迄今為止報道的較低鋅利用率（50-85%）下更差的迴圈效能（通常小於200 小時）形成鮮明對比。當與釩基正極匹配時，所得鋅離子電池表現出228 Wh kg-1的超高裝置級能量密度，可與商業鋰離子電池相媲美。

原文連結：

https：//doi。org/10。1002/adfm。202107652

7.

Adv. Funct. Mater.

：基於共價有機骨架的高效能鋰離子電池正極材料的分子和形態最佳化化學設計

在大多數情況下，為了獲得高效能的鋰離子電池電極材料，有必要同時最佳化其分子結構和形貌。通常，共價有機框架（COFs）的分子結構可以透過化學設計得到很好的設計，而其形貌主要通過後處理來最佳化。

在此，透過引入含有sp

3

N氧化還原活性中心的靈活構建單元，在一步反應中合成了由均勻的二維六邊形奈米片組裝的雙極型TP-TA COF，無需任何後處理，實現了高效能電極材料所需的分子結構和形貌的同時最佳化，具有很高的挑戰性。

因此，當用作鋰離子電池的正極材料時，其最佳化的化學結構和TP-TA COF的有利形貌協同提供了高容量、優異的倍率效能和迴圈穩定性。

原文連結：

https：//doi。org/10。1002/adfm。202107703

8. J. Am. Chem. Soc.：化學自充電水性鋅有機電池

鋅-有機電池正受到廣泛關注，但其能量密度受到有機陰極低容量（<400 mAh g–1）和電勢（<1 V vs Zn/Zn2+）的限制。在此，

本文提出了一種長壽命、高速率的鋅-有機電池，包括聚（1,5-萘二胺）陰極和鹼性電解質中的鋅陽極，其中陰極反應基於K

+

和C═N組之間的配位反應（即C═N/C–N–K轉換）。

有趣的是，本文發現放電的鋅-有機電池在O2的存在下可以快速恢復到初始狀態，理論計算表明，放電陰極中的K–N鍵很容易被O2透過氧化還原反應破壞。因此，本文設計了一種化學自充電水性鋅-有機電池。得益於良好的自充電能力，有機陰極的累積容量為16264 mAh g–1，這使得鋅-有機電池的能量密度達到創紀錄的625。5 Wh kg–1。

原文連結：

https：//doi。org/10。1021/jacs。1c06936

9. Angew. Chem. Int. Ed.：複合電解液穩定的介面化學和多離子輸運有助於製備超長迴圈固體LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2/Li離子電池

聚合物電解質與LiNi0。8Co0。1Mn0。1O2（NCM811）陰極和鋰（Li）金屬陽極之間嚴重的介面副反應成為限制固態NCM811/Li電池超穩定迴圈效能的巨大挑戰。在此，

本文提出了一種化學穩定的陶瓷聚合物錨定溶劑的複合電解質，其離子電導率高達6.0×10

4

S cm-1，使固態NCM811/Li電池穩定迴圈1500次。

Li1。4Al0。4Ti1。6（PO4）3奈米線（LNs）可以牢固地錨定聚偏氟乙烯（PVDF）中必需的N，N-二甲基甲醯胺（DMF），從而大大提高其電化學穩定性並抑制副反應。透過固態核磁共振跟蹤6Li和7Li的取代行為，本文清楚地確定了LNs-PVDF-DMF複合電解質的陶瓷-聚合物-液體多離子傳輸機制，從而提供了均勻有效的離子通量和均勻的鋰沉積。LNs-PVDF-DMF穩定的介面化學和高效的離子傳輸有助於固態電池在-20~60C的寬溫度範圍內具有優異的效能。

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https：//doi。org/10。1002/anie。202110917

10. Adv. Mater.：鈉離子電池負極材料NiCr2S4優越的鈉儲存效能：X射線衍射、對分佈函式和X射線吸收研究揭示了鎳擠壓的轉換機制

贗層狀硫化物NiCr2S4作為鈉離子電池（SIB）的負極材料具有優異的電化學效能。

透過同步輻射X射線散射和吸收技術以及電化學測量研究了鈉的儲存機理。在2。0 A g1的3。0–0。1 V的電位視窗中，489 mAh g1下500次迴圈中非常高的可逆容量被觀察到。完全放電包括不可逆生成嵌入奈米晶體Na2S中的Ni0和Cr0奈米顆粒，從而縮短擴散長度，並以表面控制電荷儲存為主。在充電過程中，Ni0和Cr0被氧化，Na2S被消耗，形成無定形的Ni和Cr硫化物。將電位視窗限制在3。0–0。3 V時，出現了一種不尋常的鎳擠壓鈉插入機制：Ni2+被還原為奈米尺寸的Ni0疇，從主體晶格中排出，並被Na+陽離子取代，形成類似NaCrS2的O3-型。令人驚訝的是，放電和充電過程中，Na+在高度結晶的NiCr2S4和NaCrS2之間穿梭，從而實現3000次迴圈的卓越長期穩定性。研究結果不僅為轉化材料的電化學提供了有價值的見解，而且將可逆鎳擠壓-鈉插入反應作為SIBs的新概念，擴充套件了層狀電極材料的範圍。

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https：//doi。org/10。1002/adma。202101576

11. Adv. Mater.：提高鋰硫電池能量密度和壽命的二元硫鈷硼化物異質結構奈米片介面電子工程

高重量、面積和體積容量以及長壽命是鋰硫電池在緊湊空間應用的關鍵指標。硫主體材料在實際部署中起著關鍵作用。在此，

報道了一種新型異質結構奈米片，其由氮化鈷（CoB）和硼共摻雜多孔碳（NBC）組成，該奈米片是以ZIF-67包覆的ZIF-8為前驅體，透過熔鹽輔助策略構建的。

得益於二元親硫CoB和多孔NBC之間的強介面電子相互作用，CoB/NBC-S電極在5 C的高速率下和超長1500次迴圈中表現出優異的迴圈穩定性，平均容量衰減率低，為0。013%。值得注意的是，該電極具有82 wt%的高硫含量和5。8 mg cm2的高硫負載提供1309 mA h g1的重量分析容量，在0。1 C下面積容量為7。59 mA h cm2，體積容量為1355 mA h cm3，良好的電化學效能可與所報道的奈米片基硫陰極的最新效能相媲美。本研究為設計金屬硼化物異質結構奈米片以實現鋰硫電池的能量密度和壽命提供了新的方法。

原文連結：

https：//doi。org/10。1002/adma。202102338

12. Adv. Mater.：晶體學現場特定結構工程使鋰離子電池用高壓LiNi0.5Mn1.5O4尖晶石陰極具有非凡的電化學效能

在迴圈過程中，陰極材料的結構不穩定性阻礙了可靠和安全的高能量密度鋰離子電池的發展，這是由於在高工作電壓下發生有害的相變以及過渡金屬溶解引起的活性材料損失造成的。從電池材料的基本結構/功能關係出發，

作者以高壓LiNi

0.5

Mn1.5O4（LNMO）陰極為代表，有目的地對電極材料結構進行了晶體學現場特定結構工程，這直接解決了Fd 3

m 構不穩定的根源。

透過使用Sb作為摻雜劑同時修飾涉及16c和16d位點的特定問題，成功地將高壓下發生的有害兩相反應轉化為優先固溶體反應，並顯著抑制LNMO結構中Mn的損失。經改性的LNMO材料在1C時提供了99%的理論比容量，並在1500和3000次迴圈後分別保持了87。6%和72。4%的初始容量。該材料的問題追蹤現場特定結構裁剪將促進鋰離子電池高能量密度材料的快速發展。

原文連結：

https：//doi。org/10。1002/adma。202101413

13. Nat. Commun.：硼摻雜鈉層狀氧化物在鈉離子電池陰極中可逆氧氧化還原反應中的應用

為了開發未來的高能鈉離子電池，需要在高壓下工作並具有穩定迴圈行為的鈉離子陰極材料。然而，在鈉層狀陰極材料中，高壓區的不可逆氧氧化還原反應在迴圈時會產生結構不穩定性和較差的容量保持。在這裡，

本文報告了一種摻雜策略，即在陰極活性材料晶格中加入輕質硼，以減少高壓（即>4.0V vs. Na+/Na）下的不可逆氧氧化。

共價B–O鍵的存在和氧原子的負電荷確保了NaLi1/9Ni2/9Fe2/9Mn4/9O2陰極材料的堅固配體框架，同時減輕了氧的過度氧化以進行電荷補償，並避免了電池執行期間不可逆的結構變化。摻硼陰極材料促進可逆過渡金屬氧化還原反應，使室溫容量在25mA g-1達到160。5 mAh g1，並在250 mA g1下進行200次迴圈後，容量保持率為82。8%。一個71。28 mAh單塗層實驗室規模包括預鈉化硬碳基陽極和摻硼陰極材料的鈉離子紐扣電池被報道作為理念證明。

原文連結：

https：//doi。org/10。1038/s41467-021-25610-7

Na+

固態鹵化物電解質因其高離子導電性和高電壓穩定性而重新引起人們的研究興趣。然而，由於金屬鹵化物易水解，從液相合成鹵化物電解質極具挑戰性。

14. Sci. Adv.：全固態鋰金屬電池用固態鹵化物電解質的通用溼化學合成

在這項工作中，銨輔助溼化學被報道用於合成各種固態鹵化物電解質，具有優異的離子導電性（>1μS cm

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微應變引起的區域性微結構變化有利於鋰離子在鹵化物電解質中的傳輸。此外，透過將混合的電子/離子導電介面轉變為鋰離子導電介面，可以緩解鹵化物電解質和鋰金屬之間的介面不相容性。基於鋰鈷氧化物，此類基於單晶LiN0。6Mn0。2Co0。2O2的全固態鋰金屬電池（ASSLMB）具有98。1%的高初始庫侖效率和166。9mAh g-1的高放電容量。這項工作為開發基於鹵化物的ASSLMB提供了材料合成和介面設計的通用方法。

原文連結：

https：//www。science。org/doi/10。1126/sciadv。abh1896