院士齊上陣！看劉忠范，李玉良，萬立駿，謝毅，趙東元，成會明，歐陽明高，陳立泉等人電池領域新進展

電池中，由于化學成分的不同，使其具有不同的性能特點，針對其性能特點，將其應用于某些特定領域，這就是某些行業更傾向于應用某種電池類型而非其他類型。比如，日常汽車的啟動電池一般是是鉛酸電池，而鋰離子電池更多應用于筆記本電腦、手機等電子產品。盡管現如今越來越多的科研工作者投入到電池技術的相關研究中，但要制造出低成本、高性能、高能量密度、運行安全和循環穩定性的電池仍然具有很大的挑戰，對高性能電池新技術的持續且深入的研究很有必要。本文總結了國內院士大咖在電池領域的科研新進展，希望對從事電池科研的你有所啟發。

1、Angew:?通過人工非晶態正極電解液中間相實現持久的電化學界面，以用于混合固體/液體鋰電池

中科院萬立駿院士，郭玉國研究員和石吉磊研究員通過將LiDFOB鹽引入到固體/液體混合電解質中，以原位形成非晶CEI緩沖層（Li_xBO_yF_z），從而提供穩定的高壓輸出和增強的正極/電解質界面。非晶態CEI使富鎳正極與電解液具有出色的化學相容性，從而確保了減少的副反應并顯著提高了混合固體/液體電池的界面耐久性。原位涂覆策略可以有效地緩沖具有協調的化學勢的固/固界面處的電勢下降，因此獲得了出色的動力學性能。此外，非晶態CEI保護層的設計開辟了一條簡便而有效的途徑，以增強正極/固體電解質界面的穩定性以及動力學性能。

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.201916301

2、Nat. Commun.：用于鉀離子電池的具有超長循環能力的氟酸鉀鹽正極材料

清華大學成會明和中科院深研院唐永炳研究員證明了KFeC₂O₄F是KIBs的有潛力的正極材料。由于其固有的Fe²⁺/Fe³⁺氧化還原機制、剛性3D [FeC₂O₄F]框架和三個開放通道，因此KFeC₂O₄F正極在0.2 A g^-1時可逆放電容量約為112 mAh g^-1，并在2000個循環內保持94％的高容量保持率循環，每個循環的容量下降0.003％。此外，通過將這種KFeC₂O₄F正極與軟碳負極相結合，成功構建了完整的K離子電池，該電容器在200個循環中可忽略不計的容量衰減，能量密度約為235 Wh kg^-1，并具有優異的速率性能。盡管可以通過優化電解質系統并利用合適的負極材料等來進一步提高這種鉀離子全電池的性能，但這項研究表明了KFeC₂O₄F作為可持續的大規模儲能應用中有潛力的KIB正極的可行性。

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https://www.nature.com/articles/s41467-020-15044-y

3、AM: 原位涂層石墨炔用于高能密度和穩定的有機正極

中國科學院李玉良院士和左自成首次展示了一種創新的方法，可以在小分子有機正極上原位編織石墨炔納米涂層。該方法表明，在溫和條件下，石墨炔可以無縫涂覆在小分子有機正極上，具有重要意義。小分子有機正極在低電導率和分子溶解方面的關鍵問題得到了有效改善。通過無縫編織這種石墨炔納米殼，可以成功制備高度穩定的有機正極。使用這種方法，有機正極的有效質量負載大大提高到了93％，與現行的LIB相當。研究結果表明，基于此類有機正極，可以實現接近主流LIB的能量密度。石墨炔先進的原位涂覆技術對開發高能量密度有機電池具有重要意義。

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202000140

4、AM: 激活用于鋅離子電池的潛力的NASICON型正極的M1位點

中國工程院陳立泉院士，中國科學院青島生物能源與過程研究所崔光磊研究員和上海大學施思齊教授證明了NaV₂(PO₄)₃作為鋅離子電池正極材料的可行性。實驗方法和理論方法（HAADF-STEM，AIMD，CI-NEB，BVEL）的結果首次揭示了Zn_xNaV₂(PO₄)₃中M1和M2位置上Zn的混合占據。在Zn²⁺嵌入過程中，Na⁺/ Zn²⁺在Zn_xNaV₂(PO₄)₃中的這種混合占據和協同遷移有利于穩定晶體結構，機械性能和電導率。ZnNaV₂(PO₄)₃除了改善了可循環性外，還表現出更好的機械性能，可以適應由離子嵌入引起的應變。對電子結構的進一步研究表明，與Na₃V₂(PO₄)₃相比，3d¹⁰?Zn²⁺的附加電子增加了Zn_xNaV₂(PO₄)₃的電子電導率。總體而言，結果表明，M1位活化的菱形NASICON型Zn_xNaV₂(PO₄)₃正極具有優異的電化學性能，高結構穩定性，并為進一步改善Zn離子電池的性能提供了新思路。

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https://doi.org/10.1002/adma.201907526

5、Nano?Lett:?層狀石墨烯用于定量分析鋰離子電池介電層集電器的界面性能

北京大學劉忠范院士和彭海琳教授等人證實了基于石墨烯設計的Al集電器/電解質界面處增強的防腐性能，石墨烯表層使商用鋁箔用作LIB中的正極集電器時具有與電解質和電極材料幾乎理想的界面。此外，研究人員展示了在金屬箔上分層石墨烯合成的批量生產方法，證明了其技術可擴展性。坦白地說，盡管其合成是在相對較低的溫度下進行的，但目前其商業化的瓶頸在于合成效率低和成本高。該工作有望開拓石墨烯市場。

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https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.0c00348

6、EES: 可充放鋅空電池的表/界面納米工程

中國科學技術大學謝毅院士和吳長征教授團隊發表綜述，詳細介紹了鋅空電池的表界面納米工程。在這篇綜述中，他們將重點放在四個關鍵參數上的表面/界面納米工程上，包括電導率，反應能壘，反應表面積以及鋅-空氣電池在以下條件下的電催化劑和空氣電極的傳質行為。由于電催化劑和空氣電極的表面和界面是反應的主要場所，通過總結表面/界面納米工程策略，可以大大提高鋅空氣電池的活性和穩定性。除此之外，還強調了電催化劑和空氣電極之間的緊密關系，并討論了可用于改善鋅空氣電池從微觀到介觀水平的性能的表面/界面改性方法。最后，基于以上討論和鋅空氣電池表面/界面工程的最新成果，還提出了一些個人觀點，以期對該領域的未來發展進行研究，以促進對有希望的應用的新型電催化劑和先進空氣電極的探索。

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https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.0c00348

7、NSR：多層介孔TiO₂材料在能源和環境應用中的最新進展

復旦大學趙東元院士和李偉教授等人總結了分層介孔TiO₂材料的可控合成和應用方面的最新進展。首先總結了不同結構的介孔TiO₂材料的合成途徑和機理。然后，分層介孔TiO₂材料在能源和環境相關領域中的應用，例如污染物的光催化降解，光催化燃料的產生，光電化學水分解，化學催化，鋰離子電池以及基于結構性能關系，對鈉離子電池和鈉離子電池進行了詳細討論。然而，在制備介孔TiO₂材料中仍然存在一些關鍵的科學問題。首先，應該在原子水平上進一步深入地研究介孔TiO₂材料的合成工藝和機理，為在納米級甚至亞納米級實現具有所需納米結構的介孔TiO₂材料的精確合成奠定堅實的基礎。其次，仍然需要一種容易且可靠的方法來合成具有良好孔徑和結構的分級介孔TiO₂材料。第三，分級介孔TiO₂材料的晶相控制應引起更多關注。總體而言，分層介孔TiO₂材料的開發為克服我們生活中的能源和環境問題提供了新的機會。

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https://academic.oup.com/nsr/advance-article/doi/10.1093/nsr/nwaa021/5736023

8、Joule:?緩解鋰離子電池的熱失控

清華大學的歐陽明高院士團隊對LIB的熱失控抑制策略進行了最新概述。相關策略可以在材料級別，電池級別和系統級別上起作用，從而確保使用LIB的電能存儲系統的整體安全性。這些熱失控抑制策略可以是化學的，機械的，電氣的或熱的，以下步驟：（1）減少濫用情況的可能性；（2）一旦發生濫用情況，就消除它們；（ 3）增強電池單元在濫用條件下的熱穩定性；（4）減少熱失控情況下釋放的能量；（5）識別潛在的熱失控并盡早發出警告；（6）減輕傳播危害并限制損害在有限的區域內。基于此，每個人都可以通過其獨特的技術為提高LIB的安全性做出貢獻。

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https://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(20)30088-X?rss=yes

本文由eric供稿。