頂刊動態丨AM/ Angew/Nano letters等近期各類新型儲能電池學術進展匯總【新能源周報160516期】

鋰離子電池已成為規模化電化學儲能和車用動力電池的首選，其能量密度及各種電化學性能主要取決于正極和負極材料的嵌/脫鋰特性。不過目前，水系鋅離子電池、鋰硫電池、鋰空氣電池等新型電池研究也在穩步進行。下面讓我們來看看各種頂級期刊在這些新型儲能電池方面的研究進展吧。

1. Advanced Materials：高能量密度和良好循環壽命的水系鋅離子電池

水系鋅離子有望取代目前關注度很高的鋰電池。Zn基電池相比傳統的鋰電池具有相對較低的氧化還原電位、高的理論比容量（825 mAh/g）、較高的比能量及高安全性（不可燃的電解質溶液）。

南京工業大學、復旦大學及東華大學的研究者們制備出了以碳纖維包覆Zn的球殼結構材料為負電極的水溶液鋅電池，泡沫鎳包覆的Co₃O₄為正電極，電解液為1 mol/L的KOH溶液和10×10^?3 mol/L的Zn(Ac)₂溶液。它的工作電壓在1.78 V，能量密度是241 Wh/kg，在1A/g的電流密度下充放電循環2000次后，比容量為120mAh/g，容量僅損失20%。而一般的Zn基電池在循環900周后，容量就已經損失了20%。并且這種水系鋅離子電池易彎曲，在柔性或者穿戴設備上有著很大的應用前景。

這種碳纖維包覆Zn的球殼結構，提供了一個解決鋅基電池的循環壽命短的問題的方向。

文獻鏈接：An Aqueous Rechargeable Zn//Co3O4 Battery with High Energy Density and Good Cycling Behavior

2.Angew：納米MoS₂空心球負極材料提高鋰硫電池容量

MoS₂作為鋰電池的負極材料，其理論比容量達669 mAh/g，但是隨著循環次數的增加，其微觀結構會塌陷，這導致其循環性能下降、容量損失較大。

新加坡南洋理工大學的樓雄文課題組為了解決這一問題，用水熱法合成尺寸為400-1000 nm的前軀體的鉬—甘油酸球（MoG）。這些前軀體可以通過流化反應轉換成納米級別的MoS₂空心球。用其制成的負極材料在0.5 A/g的電流密度下充放電，有著良好的循環壽命，在100周的循環中庫倫效率維持在90%以上，比容量維持在1100 mAh/g左右。這在改善MoS₂結構穩定性供了一個新的想法。

文獻鏈接：Synthesis of Highly Uniform Molybdenum–Glycerate Spheres and Their Conversion into Hierarchical MoS2 Hollow Nanospheres for Lithium-Ion Batteries

3.Nano letters：含CeO₂納米顆粒的碳納米管上生長Li₂O₂材料用于鋰空氣電池電池

鋰空氣電池在充放電過程中會形成Li₂O₂從而會形成一層小于10 nm的薄膜，這將導致電池的電荷傳輸受限和容量衰減。

日本理化學研究所的研究人員把無水四甘醇二甲醚溶液中的LiO₂通過電化學沉積法在含有CeO₂納米顆粒的碳納米管的電極上表面成核、生長。通過改變溶劑的親和性控制表面成核與生長，以及溶液介導的生長。

這種形成Li₂O₂新方法，為以改善鋰空氣電池催化劑的穩定性、電極和電解質的發展提供新的思路。

文獻鏈接：Unexpected Li2O2 Film Growth on Carbon Nanotube Electrodes with CeO2 Nanoparticles in Li–O2 Batteries

4.Nano letters：多微孔的共價有機骨架混合在介孔碳納米管的鋰硫電池

近年來，鋰硫電池受到了很大關注，其理論比容量高（1672 mAh/g），成本低，使其有望取代現在的鋰離子電池。

韓國的蔚山國立科技研究所的研究團隊發現將多微孔的共價有機骨架混合在介孔碳納米管上，然后插在硫負極和隔膜之間。在2 C倍率下，300次的循環后，其容量約在600 mAh/g，容量保持率在84%，庫倫效率維持在90%左右。而不帶有這種骨架結構的鋰硫電池容量保持率僅在15%。

共價有機骨架和碳納米管的混合利用了它們的高電導率，介孔結構的快速離子傳輸性能，微孔結構的捕獲硫化合物的能力，還有其電化學可逆性。這為鋰硫電池的發展提供了一個新的思路。

文獻鏈接：COF-Net on CNT-Net as a Molecularly Designed, Hierarchical Porous Chemical Trap for Polysulfides in Lithium–Sulfur Batteries

5.Nano Energy：一種采用NASICON結構Na₃V₂(PO₄)₃作為正極的水系鋅離子電池

水系鋅離子電池具有低成本，安全性高，離子電導率高等優點，在電化學儲能方面有很大的應用前景。

華中科技大學的黃云輝及楊澤教授課題組探討了NASICON結構的Na₃V₂(PO₄)₃對Ni，Zn，Mg等二價離子的嵌入性，并采用這種材料作為正極組裝鋅離子電池。

其中正極的Na₃V₂(PO₄)₃顆粒表面使用類石墨烯碳包裹來提高導電性，負極直接選用金屬鋅片，0.5 mol/L醋酸鋅溶液作為電解液。這樣一種鋅離子電池在0.5 C的充放電倍率下，其比容量為97 mAh/g，并且可以在100次循環后保持74 mAh/g的比容量。這為以后設計和開發新的水系鋅離子電池提供了新的思路。

文獻鏈接： Towards polyvalent ion batteries: A zinc–ion battery based on NASICON structured Na3V2(PO4)3

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