匯-溫故而知新

最新 05-31

這期的目的：

學研匯將近期所解讀的文獻進行匯總，目的一方面在於溫故而知新，另一方面，是可以總結出一些東西，我覺得適合分享給大家。其實從這些高檔次文獻可以看出，前沿是鉀電，鋰硫，以及一些空氣電池這些。在鉀電中，目前主要在於負極這塊，正極上的材料，還沒有特別多的文獻，這塊也是一個創新點。負極方面，由於鉀離子過大，一般都進行結構設計，便於大離子和電子的傳輸，所以如何設計一個好的結構，是需要idea的。鋰硫這塊，已經開始與鈉-硫相結合了，所以如果有做鋰硫的，可以考慮將材料再擴展下，做個鈉硫電池，對數據進行補充，提升下內涵。另外，大部分的設計，是從結構形貌這塊來開展的，所以，如果設計做出來新的、很有觀賞性的形貌，並可以分析出，該形貌對性能的益處，再來一些深入的分析，一些高大上的三維圖，文章檔次應該是可以上的去的。

下邊就是之前的文獻解讀匯總，看多了文獻，你也會發現一些自己的idea，與我們學研匯相結合，想法有了，測試我們這邊可以，數據分析我們可以，同時三維繪圖我們也可以，相信大家在做科研時候，有了我們的助力，真心會特別容易。

鉀離子電池（KIBs）

北京大學郭少軍教授，該課題組成功地合成了類石墨烯結構的超薄VSe2納米片，首次將其作為KIBs正極材料，具有優異的電化學性能，並對其儲能機理進行深入分析。

基於VSe2獨特的2D納米結構，大的比表面積，高的電子/K+傳導速率，不易團聚和優異的結構穩定性，使得這種大尺寸的超薄褶皺狀納米片被認為是高性能的KIBs理想材料。

得益於獨特的類石墨結構，優異的贗電容行為，超薄VSe2納米片在100mA/g下具有非常高的可逆比容量366mAh/g，在2000mA/g下的比容量為169mAh/g，並且循環500次後每次循環的衰減率僅為0.025%，電化學性能超出報道過的所有KIBs正極材料。第一原理計算顯示VSe2納米片具有較大的吸附能和低的K+擴散勢壘。非原位X射線衍射對VSe2納米片進行分析，得出在K離子嵌入VSe2層過程中，首先進行了一個可逆相變過程，然後是轉換反應機制。

蘇州大學晏成林教授課題組，該課題組發現獨特的信封狀氮摻雜碳納米片具有高贗電容性，可以使鉀離子超穩定儲存，並對其進行系統的分析，包括電化學表徵，動力學計算和結構/組成機理研究，進行理論闡明和實驗驗證。

本文對獨特的信封狀硝基碳納米片(N-CNS)陽極材料進行了K離子儲存性能的系統研究。通過電化學表徵，系統的動力學分析和原位/非原位表徵闡明了N-CNS令人滿意的電化學性能和電荷存儲機制之間的相關性。由於其獨特的納米結構形貌，高比表面積和豐富的N摻雜，N-CNS在50mA/g的電流密度下表現出367mAh/g的高可逆比容量，在電流密度為2000mA/g下比容量為168mAh/g，展示優異的倍率性能，電流密度為500mA/g下循環1000次後，比容量穩定在225mAh/g。更重要的是，對N-CNS電極中的電容貢獻進行了定量分析和離子擴散係數計算，以加深對優異電化學性能的理解。此外，通過物理測試表徵進一步解釋了N-CNS的鉀離子存儲機制。具有長循環壽命的碳質負極K離子電池的這項研究可以啟發研究人員在該領域的進一步發展。

中科院曹安民教授和中科大萬立駿教授，該課題組用一種簡單的方法，展示了將碳結構轉化為空心的互連結構，形狀類似神經元細胞網路，對其形成原因進行深入分析，並進行鉀電性能測試，能夠實現KIBs負極的高電化學性能。

使用MF樹脂作為起始材料，成功地通過簡單的熱解過程將這種聚合物前體轉化為中空的相互連接的神經元樣碳結構。提出了一種有趣的玻璃吹制機制，用於由化學組成和加熱參數決定的樹脂韌帶的自掏空：醚鍵鍵剪切軟化樹脂骨架，然後在較高溫度下釋放強烈的氣體將四腳形材料充氣成中空結構。我們確認獨特的碳結構和中空特性共同為KIBs確保了高穩定性和高效性。

HINCA型電極能夠在0.1C下提供340mAh/g的可逆比容量，具有極好的循環穩定性(在0.5C下超過150次循環無容量衰減)和優異的庫侖效率(初始循環72.1%，長壽命循環後為99%以上)。我們的工作不僅為以前未開發的具有大規模生產潛力的空心機制提供了見解，而且為功能性材料的結構設計和優化開闢了新的途徑，為KIBs提供了一個穩定而有前景的負極材料。

鋰/鈉-硫電池

蘇州大學李彥光教授與美國阿貢國家實驗室陸俊教授，該團隊重新審視了金屬銅的硫化性質，通過轉化PS將硫間接負載到Cu集流體上，在Li/Na-S電池上均取得了優異的循環穩定性。

通過轉化PS將硫間接負載到Cu集流體上，形成硫負載量高達5mg/cm2的Cu2S。這種設計在概念上不同於以前許多關於使用金屬硫化物作為鋰離子電池的正極材料或作為鋰硫電池的正極活性材料的研究。在多硫化物暴露於水溶液或非質子溶液中時，表面硫化迅速發生，形成具有可調紋理的Cu2S納米片陣列。

當直接使用硫化後的Cu集流體作為正極時，能夠實現在室溫下使用合理的高載硫量的高性能Li/Na-S電池。測得Li-S的比容量約為1200mAh/g，Na-S約為400mAh/g，並且很容易地維持在1000次循環以上。

Al-CO2電池

天津理工大學羅俊教授和丁軼教授，這篇文獻中提出使用化學穩定的Al作為負極，並實現了可充電Al-CO2電池的應用，證實了該電池的設想是有效的。提出並實現以Al箔作為負極，離子液體電解質和Pd包覆的納米多孔金（NPG @Pd）作為催化劑，正極為CO2的Al-CO2電池。電池反應機制遵循4Al+9CO2?2Al2(CO3)3+3C，並包含CO2的可逆利用。

該電池表現出高的可逆性，放電/充電電壓間隙降至0.091V，高EEs達到87.7%。NPG正極也可以應用在該電池體系上，表明了Al-CO2電池概念的普遍性，儘管NPGAl-CO2電池表現出比NPGPd更差的性能。但這些結果為CO2的安全和綠色逸散/利用以及下一代安全儲能/釋放系統的開發提供了激勵和有前途的方法。

鋰金屬陽極

西北工業大學的謝科予副教授和魏秉慶教授，該團隊成功地將多邊界石墨烯（ERG）垂直生長在3D碳納米纖維（CNF）上，很好地解決鋰枝晶的問題，並對其電化學性能進行深入分析。

將多邊界石墨烯（ERG）通過簡單的化學氣相沉積方法，垂直生長在3D碳納米纖維（CNF）上，可以充當納米種子以有效地降低Li成核的過電勢，同時引導Li均勻沉積在3D CNF基體上，不產生樹突。與其他sp2碳具有互連的石墨結構情況不同，ERG具有的零成核超電勢歸因於其獨特性的電子特性（即增強的表面電負性）和開放結構。