电池前沿每周精选丨0819-0825

纳米人

2019-08-31

1. AEM: 亲硫的少层MoSe₂纳米片修饰rGO作为锂硫电池硫宿主

锂-硫电池（LSB）电化学的缓慢氧化还原动力学和多硫化物在循环过程中的高溶解度导致硫利用不足，极化严重和循环稳定性差。山东大学奚宝娟课题组通过简便的水热法合成了亲硫少层MoSe₂纳米薄片装饰rGO复合物（MoSe₂@rGO），并用作LSB的新型硫宿主。

MoSe₂@rGO不仅与多硫化物间有强烈的相互作用，而且还增强了多硫化物氧化还原反应，通过亲硫MoSe₂能够有效地减轻极化问题。此外，MoSe₂@rGO有利于Li₂S的快速成核和均匀沉积，有助于高放电容量和良好的循环稳定性。该材料在0.1 C时具有1608 mAh g^-1的高初始容量，面积硫载量为4.2 mg cm^-2时0.3C下仍有870 mAh g⁻¹。

Wenzhi Tian, Baojuan Xi, Zhenyu Feng, Haibo Li, Jinkui Feng, Shenglin Xiong, Sulfiphilic Few‐Layered MoSe2 Nanoflakes Decorated rGO as a Highly Efficient Sulfur Host for Lithium‐Sulfur Batteries, Adv. Energy Mater., 2019.

DOI: 10.1002/aenm.201901896

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/aenm.201901896

2. AEM: 在WOx团簇中填充N至氧空位以助力锂电

氧空位（VO）可以促进电荷转移，从而提高性能，但过量的VO可能会降低电导率。新南威尔士大学王大伟课题组用N杂原子调制WO_x中的VO中以获得N-WOx，通过XPS、EPR光谱和XAS研究了N-WOx的结构特征，证明了有效的氮填充到氧空位中。结构分析揭示了VO数量的降低和W-N键的形成，N-WOx中W中心的配位数增多，配位的N原子在促进电荷转移和维持有效的锂离子扩散方面起着至关重要的作用。因此，N-WOx表现出优异的锂离子存储性能。

Yanglansen Cui, Kefeng Xiao, Nicholas M. Bedford, Xinxin Lu, Jimmy Yun, Rose Amal, Da‐Wei Wang, Refilling Nitrogen to Oxygen Vacancies in Ultrafine Tungsten Oxide Clusters for Superior Lithium Storage, Adv. Energy Mater., 2019.

DOI: 10.1002/aenm.201902148

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/aenm.201902148

3. Nature Materials: 电池用无机固态电解质的基础知识

在可持续能源存储的关键领域，固态电池因其潜在的安全性、能量密度和循环寿命优势而受到广泛关注。皮卡第儒勒-凡尔纳大学Theodosios Famprikis、Christian Masquelier联合巴斯大学M. Saiful Islam综述了近年来对无机固体电解质的基本认识的进展。

无机固体电解质是固体电池概念的核心，它解决了多尺度离子传输、电化学和机械性能以及电流处理路线等方面的关键问题。对实际固态器件而言，与电解有关的主要挑战包括利用金属阳极、稳定界面和保持物理接触，而解决这些问题的关键在于对固体电解质材料的基本特性有更多的了解。

Famprikis, T. Masquelier, C. Islam, M. S. et al. Fundamentals of inorganic solid-state electrolytes for batteries. Nat. Photon. 2019.

DOI: 10.1038/s41563-019-0431-3

https://www.nature.com/articles/s41563-019-0431-3.pdf

4. Nature Chemistry: 确认锂离子电池中SEI的组分

固体电解质界面（SEI）对锂离子电池电化学可逆性的重要性已得到很好的证实，但人们对其化学性质的理解仍然不完整。目前关于有机SEI的主要组分的共识是它由乙烯二碳酸锂（LEDC）组成，其被认为具有高Li离子传导性，但电子传导性低（以保护Li/C电极）。

马里兰大学王春生、Bryan W. Eichhorn 和美国陆军研究实验室许康团队报道了LEDC和乙烯单碳酸锂（LEMC）的合成、结构和光谱表征，对石墨负极上生长的SEI进行直观比较，研究表明LEMC是SEI主要的成分。LEMC和碳酸锂甲酯（LMC）的XRD研究揭示了不寻常的层状结构和Li+配位环境。LEMC的Li+电导率> 1×10^-6 S cm^-1，而LEDC几乎是离子绝缘体。此外，研究者还研究了LMC、LEMC和LEDC在二甲基亚砜溶液中复杂的相互转化和平衡状态。

Luning Wang, Anjali Menakath, Fudong Han, Yi Wang, Peter Y. Zavalij, Karen J. Gaskell, Oleg Borodin, Dinu Iuga, Steven P. Brown, Chunsheng Wang, Kang Xu, Bryan W. Eichhorn, Identifying the components of the solid–electrolyte interphase in Li-ion batteries, Nature Chemistry, 2019.

DOI: 10.1038/s41557-019-0304-z

https://www.nature.com/articles/s41557-019-0304-z

5. Angew: 全聚合物超级电容器

基于水凝胶电解质的可拉伸超级电容器已有报道，然而水凝胶在严重变形(可拉伸但无弹性)后通常无法完全恢复。有鉴于此，香港城市大学支春义教授和河南理工大学的Qiang Chen教授等以双网络水凝胶(DN水凝胶)为电解质，纯聚吡咯(PPy)为电极，制备出了具有高可逆拉伸能力的全聚合物超级电容器。DN水凝胶具有优异的力学性能，可多次拉伸至500%，几乎可以100%恢复原长度。

为了制造完全可恢复的可伸缩超级电容器，我们将一个自支撑的纯导电聚合物薄膜进行退火作为电极，以使电极引起的延迟最小化。制备的DN水凝胶/纯导电聚合物超级电容器可以从100%的应变中完全恢复，几乎不存在残余变形，即使拉伸1000次也能保持电化学性能。

Yukun Wang，Feng Chen，Zhuoxin Liu，Zijie Tang，Qi Yang，Yan Zhao，Shanyi Du，Qiang Chen，Chunyi Zhi. A Highly Elastic and Reversibly Stretchable All‐polymer Supercapacitor. Angew. Chem. Int. Ed. 2019

DOI：10.1002/anie.201908985

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201908985

6. AM: 具有碳中性的长循环寿命Li-CO₂电池

Li-CO₂电池是有吸引力的能量存储系统，由于其高比能量密度，能够满足未来大规模应用的需求。然而，Li-CO₂电池的主要挑战是实现Li₂CO₃和碳放电产物的可逆形成和分解。伊利诺伊大学芝加哥分校Amin Salehi-Khojin和阿贡实验室Larry A. Curtiss团队使用MoS₂纳米薄片作为正极催化剂与离子液体/二甲基亚砜电解质结合，开发出具有总碳中性的完全可逆Li-CO₂电池，该材料组合产生的是（Li₂CO₃/ C）多组分复合物。该研究表明，化学转化、C-O共价键的成键和断键可用于能量存储系统。

研究者通过理论计算推断了可逆放电/充电过程的机制，并解释了与Li₂CO₃与碳的界面如何提供氧化Li₂CO₃和碳以产生充电CO₂所需的电子传导。电池展示出每循环固定的500 mAh g^-1容量，并且具有500圈优异的循环寿命，远远超过目前Li-CO₂电池中报道的最佳循环稳定性。

Alireza Ahmadiparidari, Robert E. Warburton, Leily Majidi, Mohammad Asadi, Amir Chamaani, Jacob R. Jokisaari, Sina Rastegar, Zahra Hemmat, Baharak Sayahpour, Rajeev S. Assary, Badri Narayanan Pedram Abbasi, Paul C. Redfern, Anh Ngo, Márton Vörös, Jeffrey Greeley, Robert Klie, Larry A. Curtiss, Amin Salehi‐Khojin, A Long‐Cycle‐Life Lithium–CO2 Battery with Carbon Neutrality, Advanced Materials, 2019.

DOI: 10.1002/adma.201902518

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.201902518

7. AM综述：石墨炔基材料：制备及电化学储能应用

石墨炔（GDY）因其2D化学结构、独特的性质以及在各研究领域的广泛应用潜力而备受关注。GDY的一些结构特征和基本物理性质，如扩展的平面内孔，规则的纳米结构和良好的传输性能等，使得GDY成为能量存储装置（包括电池和超级电容器）中电极材料的有希望的候选者。

近日，中科院青岛生物能源与过程研究所Changshui Huang等团队合作，总结了GDY的化学结构，合成策略，基本化学-物理性质及其储能机理的相关理论分析。从对GDY结构修饰与相应电化学性能改进相互促进的观点，系统地讨论了GDY在电化学储能中的应用研究进展。此外，还全面评估了GDY在储能装置中的发展趋势。

Ning Wang, Changshui Huang*, et al. Graphdiyne‐Based Materials: Preparation and Application for Electrochemical Energy Storage. Adv. Mater. 2019,

DOI: 10.1002/adma.201803202

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201803202