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1. 中科院上海陶瓷研究所靳俊&溫兆銀AEM:微區焊接策略防止非活性硫物種的形成

電池頂刊集錦：AEM、Nano Energy、EnSM、ACS Energy Lett.等最新成果

深入了解鋰電池故障機制對于為促進這類電池的電化學性能提供設計指導具有重要意義。

近日，中科院上海陶瓷研究所靳俊（通訊作者）和溫兆銀（通訊作者）等人發現在放電期間，固體硫物質沉積在基底上，導致大的接觸電阻和緩慢的氧化還原動力學。然后，累積效應導致在低維襯底（0 D，1 D和2 D）上形成孤立的非活性硫物質。在這方面，提出了一種抵抗非活性硫物質形成的微區焊接策略，極大地提高了Li-S電池的電化學性能。電池顯示出7.8 mAh cm^-2的高放電容量和良好的循環穩定性。

碳硫正極和電阻模型示意圖

正極材料的表征

不同襯底上的原位電化學阻抗譜及多硫化鋰沉積行為

Microregion Welding Strategy Prevents the Formation of Inactive Sulfur Species for High-Performance Li–S Battery(Adv. Energy Mater., 2021, DOI: 10.1002/aenm.202102024)

2. 華南理工胡仁宗&朱敏AEM:可擴展至?50 °C的寬溫SnO₂基負極

鋰離子電池（LIB）由于負極，電解質和固體電解質界面（SEI）中的Li⁺傳輸動力學緩慢以及大的過電位，甚至不能在-10 ℃以下安全充電。這導致在負極表面上沉積Li。

近日，華南理工胡仁宗（通訊作者）和朱敏（通訊作者）等人開發了SnO₂-LiF石墨（SLG）復合負極用于廣泛的溫度應用。具有碳酸亞丙酯電解質的SLG在60 ℃下以100 mA g^-1提供超過900 mA h g^-1的穩定容量，在-10 ℃下保持823.9 mAh g^-1。當與基于四氫呋喃的電解質匹配時，SLG分別在-40 ℃下提供780.4 mAh g^-1和在-50 ℃下提供637.2 mAh g^-1的穩定容量。證明了LiF誘導的富含無機物的SEI維持了活性Sn的納米結構，并且它們與電解質的界面是高度穩定的。這項工作表明，LiF改性的SnO₂負極與合適的電解質相匹配，可以使LIB在寬溫度下具有安全和長壽命的資格，這有助于進一步促進這些電池的低溫應用。

LiF添加劑對SnO₂合金化和轉化行為的影響

SnO₂–LiF–石墨負極結構表征

不同電流倍率下SLG電極在30 °C下的循環穩定性

LiF-Induced Stable Solid Electrolyte Interphase for a Wide Temperature SnO2-Based Anode Extensible to ?50 °C(Adv. Energy Mater., 2021, DOI: 10.1002/aenm.202101855)

3. 韓國釜山國立大學&韓國高級科學技術研究院ACS Energy Lett.：雙陽離子雜芳基吡啶作為非水氧化還原液流電池負極材料的系統設計

許多有機氧化還原材料在化學上不穩定并且微溶于非水介質。此外，氧化還原材料的交叉和有限膜的可用性限制了這些材料在非水氧化還原低電池（RFB）中的長期循環性。

近日，韓國釜山國立大學Jung Min Joo（通訊作者）和韓國高級科學技術研究院Hye Ryung Byon（通訊作者）等人為了克服這些限制，開發了一類新的吡啶鎓基負電解質。通過將苯并噻唑引入吡啶鎓的C4位來延長吡啶鎓分子的π-共軛結構，這提高了這些分子的穩定性。雙陽離子苯并噻唑基吡啶鎓的0.1 M溶液在對稱RFB中250個循環的每個循環顯示0.0083%的容量衰減率，并且在包含銨取代的二茂鐵作為正電解質的全RFB中顯示0.08%的容量衰減率。

雜芳烴取代吡啶類化合物的制備

4 mM TMAP-BTP²⁺·2TFSI^?在0.1 M TBATFSI/MeCN電解質溶液中的電化學性質

TMAP-BTP²⁺·2TFSI^?對稱的RFB測試

Systematic Designs of Dicationic Heteroarylpyridiniums as Negolytes for Nonaqueous Redox Flow Batteries(ACS Energy Lett., 2021, DOI: 10.1021/acsenergylett.1c01623)

4. 澳大利亞新南威爾士大學EnSM:弱堿性高壓水基Zn/LiCoO₂混合電池

可充電水性鋅基電池（RAZB）由于其不可燃性，低成本和高容量而成為鋰離子電池的有吸引力的替代品。然而，缺乏耐用的高電位正極材料限制了RAZB的電壓。許多高電位正極是層狀鋰金屬氧化物（例如LiCoO₂），其經常在含水酸性或中性電解質中降解。

近日，澳大利亞新南威爾士大學王大偉（通訊作者）和Huabo Liu（通訊作者）等人發現了一個1.99 V的Zn/LiCoO₂水混合電池，具有顯著的循環穩定性和出色的倍率性能。水性弱堿性含氨電解質（MAAE）具有出色的性能，可促進LiCoO₂正極的可逆性并抑制Zn負極的枝晶生長。

帶有MAAE的水基鋅/液碳電池示意圖

LCO在MAAE電解液中的循環穩定性

Zn/Zn對稱電池在MAAE和6 M KOH電解液中的沉積/脫出試驗

High voltage aqueous Zn/LiCoO2hybrid battery under mildly alkaline conditions(Energy Storage Materials, 2021, DOI: 10.1016/j.ensm.2021.08.042)

5. 澳大利亞新南威爾士大學王大偉EnSM:納米流體填料實現高容量納米顆粒電極

納米材料廣泛應用于鋰離子電池，以提高功率/能量性能。然而，納米顆粒的低堆積密度限制了電極的體積容量。縮放納米粒子電極導致孔隙破壞，電解質阻塞和差的離子傳輸。

近日，澳大利亞新南威爾士大學王大偉（通訊作者）等人這項工作報告了納米流體添加劑在超致密納米顆粒電極中的無阻礙離子傳輸，納米流體添加劑提供快速離子通道而不損失電極密度。作為模型正極材料的亞微米商業LiFePO₄顆粒被用于制造納米流體增強的致密電極，其在液體和凝膠-聚合物電解質中顯示出優異的體積容量，其超過了最先進的LiFePO₄電極。在高容量緊湊型電池的設計中，這種納米流體策略可以擴展到其他電活性納米顆粒。

TALP的納米流體夾層

T-LFP電極的制備與表征

用μ-CT分析T-LFP-48的孔隙度

High volumetric capacity nanoparticle electrodes enabled by nanofluidic fillers(Energy Storage Materials, 2021, DOI:10.1016/j.ensm.2021.08.044)

6. 韓國世宗大學&韓國順天大學EnSM:超穩定Ti₂O（PO₄）₂（H₂O）作為鈣離子電池用新型Ca²⁺儲存電極材料

鈣離子電池（CIB）的實際應用遭受缺乏可靠的電極材料，其具有長的循環壽命和較不嚴重的滯后和電容電壓行為。

近日，韓國世宗大學（通訊作者）Kee-Sun Sohn，韓國順天大學Myoungho Pyo（通訊作者）和Woon-Bae Park（通訊作者）等人首次將Ti₂O（PO₄）₂（H₂O）描述為用于CIB的新型Ca²⁺插入電極材料。水熱合成的Ti₂O（PO₄）₂（H₂O）可以在室溫下以約2.6 V可逆地儲存約0.51 Ca²⁺（約85 mAh g^-1）。這種新材料通過在1500次充電/放電（C/D）循環后保持約95%的初始容量，顯示出前所未有的長循環性。結構和組成證實了與Ti⁴⁺/Ti³⁺氧化還原相關的可逆Ca²⁺插入。原位X射線衍射（XRD）研究表明，Ti₂O（PO₄）₂（H₂O）中Ca²⁺離子的電化學插入/提取伴隨著最小的尺寸變化，晶體結構沒有變化，這被認為是造成這種變化的原因。

Ti₂O（PO₄）₂（H₂O）的合成與表征

水熱合成的Ti₂O（PO₄）₂（H₂O）的EDX結果

Ti₂O（PO₄）₂（H₂O）電極的循環性能

Ultra-stable Ti₂O(PO₄)₂(H₂O) as a viable new Ca²⁺ storage electrode material for calcium-ion batteries(Energy Storage Materials, 2021, DOI:10.1016/j.ensm.2021.08.035)

7. 中國石油大學劉征&范壯軍EnSM:強氧化誘導富含醌的多巴胺助力高容量多孔碳有機正極

有機陰極由于其高理論容量，分子多樣性和可持續性而成為鈉離子電池（SIB）的有希望的候選者。然而，較差的速率性能和較差的循環壽命仍然限制了它們的大規模應用。

近日，中國石油大學劉征（通訊作者）和范壯軍（通訊作者）等人通過超快速異相成核過程制備了緊密粘附在3D多孔碳表面（PC-PDA-APS）上的富含超薄醌的聚多巴胺（PDA）涂層的簡便策略。用作引發劑的過硫酸銨（APS）不僅可以抑制多巴胺的自成核，還可以促進從雙羥基向雙羰基的轉化，超高轉化率高達81%。受益于連接間3D碳骨架，超薄PDA涂層和超高醌含量的協同作用，PC-PDA-APS表現出顯著高的比容量和出色的倍率性能。

緊密粘附在多孔碳表面（PC-PDA-APS）上的超薄富含醌的聚多巴胺涂層的制造工藝示意圖

多巴胺、PC-PDA-O₂和PC-PDA-APS水溶液的紫外-可見光譜

PC-PDA-O₂和PC-PDA-APS電極的電化學性能表征

Strong Oxidation Induced Quinone-rich Dopamine Polymerization onto Porous Carbons as Ultrahigh-Capacity Organic Cathode for Sodium-Ion Batteries(Energy Storage Materials, 2021, DOI:10.1016/j.ensm.2021.08.043)

8. 印度法拉第材料實驗室Prabeer Barpanda Nano Energy：四磷酸鈷作為混合鈉空氣電池的高效雙功能電催化劑

經濟高效的雙功能電催化劑是實現可充電(混合)金屬-空氣電池的關鍵。

近日，印度法拉第材料實驗室Prabeer Barpanda（通訊作者）等人揭示了鈷基四磷酸鉀K₂Co(PO₃)₄作為一種經濟的雙功能電催化劑作為可充電混合鈉-空氣電池的正極。這種單斜晶系化合物具有較高的析氧活性，其過電位較低(約0.32 V)，超過了商用RuO₂催化劑。成功地實現了四磷酸鉀(K₂Co(PO₃)₄)在混合鈉-空氣電池中的可逆循環，往返效率超過70%。DFT研究表明，這種催化活性來源于K₂Co(PO₃)₄中Co最活躍、最穩定的(001)表面和半金屬性質。利用四磷酸鈷可以設計出低成本的鈉-空氣電池電催化劑。

K₂Co(PO₃)₄的合成及表征

K₂Co(PO₃)₄的氧還原反應性能

K₂Co(PO₃)₄的析氧反應性能

Cobalt tetraphosphate as an efficient bifunctional electrocatalyst for hybrid sodium-air batteries(Nano Energy, 2021, DOI:10.1016/j.nanoen.2021.106485)

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