金屬離子電池前沿研究成果精選【第3期】| Adv. Energy Mater.專題
1、Adv. Energy Mater.?：MoS2/石墨烯納米片作為高效率鈉離子電池的陽極材料
調整混合相之間的異質界面是設計先進儲能材料的一個非常有前途的策略。近日，中南大學王海燕（通訊作者）團隊報道了一種低成本、高產量、可擴展的兩步法策略，該方法是將商用MoS2和石墨通過球磨和剝離制備一種包含MoS2/石墨烯納米片的新型的混合材料。當作為鈉離子電池的陽極材料進行測試時，所制備的MoS2/石墨烯納米片顯示出極高的倍率性能（在20 A g-1（≈30C）時為284 mA h g-1，在50 A g-1時為201 mA h g-1 （≈75C））和優異的循環穩定性（在0.3A g-1進行250次循環后容量保持率為95％）。
文獻鏈接：MoS2/Graphene Nanosheets from Commercial Bulky MoS2 and Graphite as Anode Materials for High Rate Sodium-Ion Batteries（Adv. Energy Mater.,2017,DOI:10.1002/aenm.201702383）
2、Adv. Energy Mater.?：具有高振實密度的彈性夾心rGO-VS2/S復合材料：結構和化學協同性使高能量密度的鋰硫電池成為可能
隨著電子產品和電動汽車對高能量密度電池需求的不斷增長，長壽命鋰硫電池（Li-S）的發展取得了實質性進展。近日，中科院福建物質結構所王瑞虎、肖助兵（共同通訊）等人報道了由交替的VS2連接的還原氧化石墨烯（rGO）片和活性硫層組成的一系列彈性夾層結構陰極材料。由于VS2具有較高的極性和導電性，少量的VS2可抑制多硫化物的穿梭效應，提高硫在整個硫層中的氧化還原動力學。夾心結構的rGO-VS2/S復合材料的電化學性能顯著改善，與rGO/S相比，具有高放電容量，低極化和優異的循環穩定性。
文獻鏈接：Elastic Sandwich-Type rGO–VS2/S Composites with High Tap Density: Structural and Chemical Cooperativity Enabling Lithium–Sulfur Batteries with High Energy Density（Adv. Energy Mater.?,2017,DOI:10.1002/aenm.201702337）
3、Adv. Energy Mater.?：在鋰離子電池中富錳層狀氧化物陰極材料的選擇性原位電化學摻雜
目前已經有很多工作對各種摻雜材料進行了研究，以此來改善用于鋰離子電池的層狀過渡金屬氧化物的結構穩定性。近日，首爾大學Kyu Tae Lee、東國大學Young Kyu Han（共同通訊）等人首次采用原位電化學位點選擇性摻雜工藝，選擇性地用富Mg層狀氧化物中的Li位置取代Li+。 通過電化學方法將Mg2+陽離子嵌入到脫鋰富Mn多層氧化物中的Li位，形成[Li1-xMgy] [Mn1-zMz] O2（M=Co和Ni）。這種Mg2+插入是不可逆的，導致在Li位置有利于Mg2+的摻雜。 更有意思的是，插入的Mg2+摻雜劑的量隨著[Li1-xMgy] [Mn1-zMz] O2中Mn含量的增加而增加，這歸因于Mn-O電子轉移增強了Mg2+摻雜劑與電負性O原子的反應活性。
文獻鏈接：Site-Selective In Situ Electrochemical Doping for Mn-Rich Layered Oxide Cathode
Materials in Lithium-Ion Batteries（Adv. Energy Mater.?,2017,DOI:10.1002/aenm.201702514）
4、Adv. Energy Mater.?：用于鋰離子電池的高可逆性磷化錫/石墨復合陽極的原位EXAFS衍生機理
近日，美國伊利諾伊斯理工大學Carlo U. Segre（通訊作者）團隊通過原位X射線吸收光譜研究了具有優異的容量和循環性能（經過100次循環后）的新型Sn4P3/石墨復合陽極材料，揭示了嵌鋰/脫鋰過程的機理。結果表明，在前兩個嵌鋰/脫鋰循環中，晶體Sn4P3完全轉化為非晶SnPx相，其在進一步的循環中參與可逆轉化和合金化反應。這種材料優異的可逆性歸因于石墨基體中高度分散的SnPx，其提供增強的導電性并防止在嵌鋰/脫鋰過程中Sn團簇的聚集。
文獻鏈接：In Situ EXAFS-Derived Mechanism of Highly Reversible Tin Phosphide/Graphite Composite Anode for Li-Ion Batteries（Adv. Energy Mater.?,2017,DOI:?10.1002/aenm.201702134）
5、Adv. Energy Mater.?：高能量功率密度和長壽命鈉離子混合電容器
具有3D體系結構，大的石墨層間距和高電導率的碳片被期望是用于鈉離子混合電容器（SIHC）的理想陽極材料。近日，中國科學院蘭州化物所閻興斌（通訊作者）等人通過直接煅燒檸檬酸鈉（不需要任何額外的碳源），生產一種優異性能的3D框架碳（3DFC）的新方法。第一性原理計算驗證了3DFC的大層間距和曲率結構有利于鈉離子的嵌入/脫出。因此，3DFC樣品表現出高的可逆容量以及優異的倍率和循環性能。在此基礎上，采用3DFC作為電池型陽極，3DFC衍生的納米多孔碳作為電容器型陰極，制備了雙碳SIHC。它能夠在0-4.0V的電勢范圍內提供高能量密度和功率密度的特性以及卓越的長期循環穩定性。
文獻鏈接：Spontaneous Growth of 3D Framework Carbon from Sodium Citrate for High Energy- and Power-Density and Long-Life Sodium-Ion Hybrid Capacitors（Adv. Energy Mater.?,2017,DOI:10.1002/aenm.201702409）
6、Adv. Energy Mater.?：氧化還原介質的優化濃度及鋰金屬表面保護——維持鋰離子電池的高能效
近來，已經提出了各種將氧化還原介體添加到電解質中，并將保護層引入Li金屬的方法來克服Li-O2電池的低能量效率和低循環壽命。然而，由于在氧電極（陰極）和Li金屬電極（陽極）兩者的表面上的分解，氧化還原介質對于氧析出的催化作用在重復循環期間逐漸惡化。近日，漢陽大學Yang-Kook Sun（通訊作者）等人通過優化LiBr濃度和引入石墨烯-聚多巴胺復合層改善上述不足，優化的Li-O2電池分別設計了連續有效的氧化還原介質和穩定的Li金屬電極保護層。這些協同作用使得充電電位降低到3.4V以下，并顯著提高了Li-O2電池的穩定性和循環壽命。
文獻鏈接：Optimized Concentration of Redox Mediator and Surface Protection of Li Metal for Maintenance of High Energy Efficiency in Li–O2 Batteries（Adv. Energy Mater.?,2017,DOI:?10.1002/aenm.201702258）
7、Adv. Energy Mater.?：用原位電化學方法誘導表面膜保護電極提高鋰氧電池的可循環性
盡管可再充電的鋰-氧（Li-O2）電池具有極高的理論比能量，但是這些電池的實際應用仍然受到碳基空氣電極、Li金屬陽極和電極不穩定性的限制。近日，美國太平洋西北國家實驗室Ji-Guang Zhang、Wu Xu（共同通訊）等人證明簡單的一步原位電化學預充電策略在惰性氣氛下同時在碳納米管（CNT），空氣電極和Li金屬陽極上產生薄保護膜。這種預處理后的Li-O2電池在1000 mA h g?1和500 mA h g?1容量限制下的循環壽命分別顯著延長了110和180次循環，遠遠高于未經預處理的電池。
文獻鏈接：Enhanced Cyclability of Lithium–Oxygen Batteries with Electrodes Protected by Surface Films Induced via In Situ Electrochemical Process（Adv. Energy Mater.?,2017,DOI:?10.1002/aenm.201702340）
8、Adv. Energy Mater.?：混合碳填料/聚合物電極用于高伸縮水性鋰離子電池
可伸縮的電子設備被認為是下一代設備最有力的競爭者，然而，為了實現可拉伸的電子器件，首先需要開發可變形的能量器件。近日，韓國蔚山國家科學與技術研究院Soojin Park、So Youn Kim、Kwanyong Seo（共同通訊）等人提出了一種導電聚合物復合材料，其由含有碳納米管和碳黑的Jabuticaba類混合碳填料以簡單溶液工藝組成。實驗發現混合碳/聚合物（HCP）復合材料即使在≈200％的高應變下也能有效地保持其導電性。為了解機械應變下聚合物基體中導電填料的行為，利用原位小角X射線散射分析研究了復合材料的微觀結構。觀察到HCP在拉伸時產生用于填充物互連的高效電通路，利用這種HCP復合材料可作為可拉伸的集電器。
文獻鏈接：Jabuticaba-Inspired Hybrid Carbon Filler/Polymer Electrode for Use in Highly Stretchable Aqueous Li-Ion Batteries（Adv. Energy Mater.?,2017,DOI:10.1002/aenm.201702478）
本文由材料人新能源組Allen供稿，材料牛整理編輯。
材料牛網專注于跟蹤材料領域科技及行業進展，這里匯集了各大高校碩博生、一線科研人員以及行業從業者，如果您對于跟蹤材料領域科技進展，解讀高水平文章或是評述行業有興趣，點我加入編輯部大家庭。
歡迎大家到材料人宣傳科技成果并對文獻進行深入解讀，投稿郵箱tougao@cailiaoren.com。
投稿以及內容合作可加編輯微信：RDD-2011-CHERISH，任丹丹，我們會邀請各位老師加入專家群。
材料測試，數據分析，上測試谷！
文章評論(0)