頂刊動態|Angew/ACS Nano等近期各類電池研究進展匯總【新能源周報160509期】

材料牛注：在當前各類電池的研究中，鋰離子電池作為最先進的儲能技術仍然受到能量密度、循環壽命以及安全性和成本等諸多因素的限制。研究人員除了通過在鋰離子電池材料中引入納米技術等方法提升其性能之外，還研究出了具有優異性能的鎂/硫電池、鈉離子電池等作為電源技術的補充。下面讓我們一起看看本周各類頂刊在電池方面的研究進展吧。

1. Angewandte chemie：使用簡單鎂電解質的鎂/硫電池的合成、晶體結構和電化學性能

在儲能設備中，鋰離子電池是當前最先進的儲能技術，然而，能量密度、循環壽命以及成本和安全問題，成為限制鋰離子電池發展的因素。硫電池因為其具有廉價、原料豐富、無毒的特點，以及其具有較高的理論容量成為研究的熱點。

中科院蘇州納米技術與納米仿生研究所合成并且表征了電活性鎂鹽[Mg-(THF)₆][AlCl₄]₂。大多數以簡單鎂鹽作為鎂電池的電解液都趨向于過快地造成鎂金屬表面的鈍化，而以這種單核鹽為基礎的電解質表現出了較高的循環效率，良好的陽極穩定性以及高的離子電導率。他們將MgCl₂與AlCl₃溶解在離子液體四氫呋喃溶劑中，在約95℃下反應所獲得的電解液具有優良的鎂陽極沉積行為。

文獻鏈接：Synthesis, Crystal Structure, and Electrochemical Properties of a Simple Magnesium Electrolyte for Magnesium/Sulfur Batteries

2.?Angewandte chemie：4V鈉離子電池三斜Na₂CoP₂O₇的缺陷形成的控制

可充電電池是能量存儲系統（ESSs）的關鍵技術，但在工業應用上要求改進電池的電化學性能并且降低制造成本。由于鈉元素在地球上含量豐富，使其成為能量存儲技術很有前景的候選材料，故而鈉離子電池（SIB）成為了研究熱點。然而，從本質上講鈉離子電池的能量密度比鋰離子電池的能量密度要低。為了獲得凈能量密度更高的鈉離子電池，幾種方法已應用于提高電池的電壓，如氟化，過渡金屬（TM）的改性和聚陰離子改性等。其中多晶態的結構控制可以提高電池電壓，改善電池的電化學性能。

目前，韓國科學技術院采用缺陷工程的結構控制方法，進行了不同晶型物在各種電極材料中穩定性的研究。多晶型物具有相同的化學式，但由于晶體結構不同，他們的物理、化學性能也不盡相同。由于在電極材料中，堿金屬離子與過渡金屬絡合物的結合受結構的影響，從而使得不同晶型物在電極材料中的電化學性能不同。Na₂MP₂O₇是本文研究的重點，由于金屬M的不同，這種鹽可以形成7種不同晶型。而Na₂CoP₂O₇鹽隨著Na離子的減少，缺陷增多，電極材料的容量也開始提升。

文獻鏈接：Defect-Controlled Formation of Triclinic Na2CoP2O7 for 4?V Sodium-Ion Batteries

3.?Acs Nano：使用生物化學法制備的3D泡沫材料用于超快充電電池

金屬磷酸釩（MVP），尤其是Li₃V₂(PO4)₃和Na₃V₂(PO₄)₃(NVP)，是具有潛力的下一代鋰/鈉離子電池正極材料。但是LVP和NVP低的電子/離子傳導率限制了它們在要求苛刻的設備如電動汽車上的應用。

安徽工業大學及南洋理工大學研究人員論證了了LVP/NVP一種新的合成路線——經過彈性蛋白多樣肽組裝LVP/NVP的微/介孔3D泡沫結構。所合成的MVP 3D泡沫納米微孔網絡，在單個纖維表面都覆蓋著MVP的納米晶。透射電子顯微鏡分析進一步揭示，LVP/NVP納米顆粒直徑約100~200 nm，每個顆粒由5納米厚的碳殼包圍。這種有3D泡沫結構的材料具有超快的充電能力（LVP 3D泡沫在100 C下有79 mA h g^-1的容量，在200 C下有66 mAh g^-1的容量；NVP 3D泡沫在100 C下有73 mA h g^-1的容量，在200 C下有51 mA h g^-1的容量）和優異的循環性能（100 C下經1000次循環后保持約100%的容量），其性能遠遠優于目前最先進的活性材料。

文獻鏈接：Biochemistry-Enabled 3D Foams for Ultrafast Battery Cathodes

4.?Small ：激光燒蝕法制備鋰離子電池的陽極“SiO_x納米蒲公英”結構

鋰離子電池中的硅基負極材料具有較低的放電電位以及最高的理論充電容量（4200 mAh·g^-1），幾乎是石墨陽極材料的10倍。但是這種負極材料在鋰化與脫鋰過程中伴隨有很大的體積和結構上的變化，這會導致硅基陽極因為膨脹引起的應力應變而粉碎、失效，最終使陽極容量迅速下降。而納米結構的硅基材料能有效的解決陽極體積膨脹和裂縫問題，故多孔系的納米硅基材料有望成為克服普通硅基材料缺點的候選材料。

清華大學材料學院利用激光燒蝕技術制備了“納米蒲公英”結構的SiO_x材料，并研究了納米結構硅陽極的電極循環性能。在1-0 V的恒流深充/放電流循環下，多孔硅電極的鋰化電極容量最高為2059 mA h g^-1，脫鋰電極容量最高為1475 mA h g^-1，在深循環800次以后，多孔硅電極循環穩定性仍然很高，保持約960 mA h g^-1的電極容量。正是由于納米蒲公英結構的硅基材料具有多孔結構，可以提供較大的空間，故可以減小鋰化/脫鋰過程中的應力應變。

文獻鏈接：SiOx Nanodandelion by Laser Ablation for Anode of Lithium-Ion Battery

5.?Nano Energy：表面活性劑模板法制備超薄TiO₂介孔材料

納米復合材料的電化學性能可以通過合理設計柔性的核-殼異質結構得到改善。通常情況下，在柔性石墨載體上的薄孔晶體過渡金屬氧化物的均勻涂層可以同時提供快速的離子和電子傳遞途徑，這是高效率鋰離子電池的理想材料。

復旦大學趙東元課題組利聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段共聚物—普蘭尼克F127作為表面活性劑模板，在柔性石墨表面沉積超薄介孔TiO₂涂層，所得到的多壁碳納米管和介孔TiO₂涂層的混合電極具有超高的比表面積（137 m²/g）、很大的內部孔體積（0.26 cm³/g）、均勻的介孔（6.2 nm）以及超薄高結晶介孔銳鈦型殼層（20 nm）。作為鋰電池負極材料，這種混合電極也顯示出了高的倍率容量（210 mA h g^-1 at 20 ℃, 1 C = 170 mA g^-1），高庫侖效率（接近100％，在20℃下1000次）和超長的循環壽命（保持210 mAh g^-1、 1000次循環，20 ℃）。

文獻鏈接：Surfactant-templating strategy for ultrathin mesoporous TiO2 coating on flexible graphitized carbon supports for high-performance lithium-ion battery

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