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※中南大學：富氧缺陷的錳酸鉀抑制錳溶解助力高能量密度、 長壽命水系鋅離子電池

中南大學周江、梁叔全教授團隊在Advanced Functional Materials上發(fā)表了水系鋅離子電池最新研究成果。該文章報道了一種具有本征結構穩(wěn)定性和快速反應動力學的鉀離子嵌入的富氧缺陷K_0.8Mn₈O₁₆作為中性水系鋅離子電池的正極材料。作者通過K⁺離子的穩(wěn)定嵌入來抑制錳的溶解，從本質上穩(wěn)定了錳基正極。這種材料表現(xiàn)出398W h kg^-1(基于正極質量)的高能量密度和超過1000次的長循環(huán)穩(wěn)定性。綜合研究表明，氧缺陷對K_0.8Mn₈O₁₆的快速反應動力學和容量提高起到了關鍵作用。此外，作者還對該材料的儲能機制進行了詳細的研究。論文題目：“Suppressing Manganese Dissolution in Potassium Manganate with Rich Oxygen Defects Engaged High-Energy-Density and Durable Aqueous Zinc-Ion Battery”

(a)KMO和α-MnO₂的XRD圖譜；(b)KMO的EDX元素映射圖像；(c)KMO的HRTEM圖像；(d)O1s高分辨率XPS光譜；(e)Mn L-邊NEXAFS光譜；(f)KMO和α-MnO₂的光致發(fā)光光譜。

※浙江大學陸盈盈團隊：具有優(yōu)異的親Na/Li特性的多級Co₃O₄納米纖維-碳片骨架用于高度穩(wěn)定的堿金屬電池

浙江大學陸盈盈教授團隊(通訊作者)報道了具有優(yōu)異親Na/Li的多級Co₃O₄納米纖維-碳片(CS)骨架，作為堿金屬電極的穩(wěn)定基體。采用商用導電碳布作為一級結構，采用簡單的水熱法制備垂直生長的二級Co₃O₄納米纖維，之后再將熔融堿金屬注入骨架中形成金屬/Co-CS復合負極。這項工作為多結構的鋰金屬框架創(chuàng)造了新的設計原則，為實現(xiàn)下一代能源密集型堿金屬電池的安全運行創(chuàng)造了機會。

(a)CS和Co₃O₄-CS骨架的照片；(b)多級結構Co₃O₄-CS骨架及其與熔融堿金屬接觸時的行為示意圖；(c)CS和Co₃O₄-CS骨架的SEM圖像（插圖：普通的碳納米纖維表面）；(d)熔融Li注入后Li/Co-CS復合負極的SEM圖像（插圖：具有光澤表面的Li/Co-CS負極的照片）；(e)Co₃O₄粉末，CS，Co₃O₄-CS和Li/Co-CS的XRD圖；(f)單根Li/Co碳纖維橫截面上的元素分布。

※中國科學技術大學：嵌入氮摻雜石墨烯中的單原子鈷催化劑助力高硫含量鋰硫電池

中國科學技術大學季恒星教授、武曉君教授、合肥工業(yè)大學孔祥華副教授(共同通訊作者)等報道了嵌入氮摻雜石墨烯中的單分散鈷原子(Co-N/G)可以觸發(fā)多硫化鋰的表面介導反應。結合原位X射線吸收光譜和第一性原理計算，作者發(fā)現(xiàn)Co-N-C配位中心作為雙功能電催化劑分別促進放電和充電過程中Li₂S的形成和分解。發(fā)表在Am. Chem. Soc.，論文題目：“Cobalt in Nitrogen-Doped Graphene as Single-Atom Catalyst for High-Sulphur Content Lithium-Sulphur Batteries”

(a) Co-N/G的TEM圖像；(b) Co-N/G的HAADF-STEM圖像；(c) Co-N/G和N/G的高分辨XPS N1s光譜；(d) Co-N/G、Co/G、Co箔和Co₃O₄的XANES光譜；(e) Co-N/G、Co/G、Co箔和Co₃O₄的R空間中的FT-EXAFS光譜；(f) Co-N/G的小波變換。

※康飛宇、劉碧錄團隊：Nafion/h-BN/SPEEK三明治結構用于提高質子交換膜離子選擇性，讓釩電池更高效

本文發(fā)展了一種化學氣相沉積限制空間方法以實現(xiàn)大面積單層h-BN薄膜的制備。該方法以氨硼烷為前驅體，置于氣流上游，并將生長襯底-多晶銅箔卷曲于石英管內側置于反應爐高溫區(qū)，進而在靠近石英管內壁的銅箔表面制備出接近完全單層的h-BN薄膜。該研究以“Sandwiching h-BN Monolayer Films Between Sulfonated Poly(Ether Ether Ketone) and Nafion for Proton Exchange Membranes with Improved Ion Selectivity”為題，發(fā)表于ACS Nano上。

※深圳大學：噴霧干燥法制備液態(tài)聚丙烯腈摻雜的LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂用作鋰離子電極材料

深圳大學劉劍洪課題組開發(fā)了一種新穎簡便的噴霧干燥法制備液態(tài)聚丙烯腈(liquid polyacrylonitrile，LPAN)摻雜的LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂(LPAN@NCA)用作鋰離子電池材料。該材料具有多孔球狀結構，初次放電比容量在0.1C倍率時達到227.9 mA h g⁻¹，比未摻雜LPAN的NCA高出26.6%。

(a)不同LPAN含量前驅體的熱重曲線和；(b)不同LPAN含量的樣品的XRD譜。

※暨南大學：MOF衍生雙金屬納米電催化劑與單個有機太陽能電池聯(lián)用的全解水系統(tǒng)

暨南大學的麥文杰研究員(共同通訊作者)、王子龍(共同通訊作者)及香港科技大學的顏河教授(共同通訊作者)等研究者在Nano Energy上發(fā)表了題為：“Solar-powered overall water splitting system combing metal-organic frameworks derived bimetallic nanohybrids based electrocatalysts and one organic solar cell”的封面文章，研究人員利用普魯士藍MOF結構為前驅體，設計了成分可控的FeCoP和FeCoS雙金屬納米催化劑，以此為基礎構建的全解水體系在電壓為1.6V時電流密度為10mA cm^-2。同時，基于以上的全解水體系，構建了串聯(lián)結構有機太陽能電池驅動電解水產氫系統(tǒng)，實現(xiàn)了較高的太陽能-氫氣轉換效率(9.2%)。

※湖南農業(yè)大學吳雄偉：粘彈性和非易燃的界面設計實現(xiàn)無枝晶生長且高安全性的固態(tài)鋰金屬電池

在中國科學院化學研究所郭玉國老師的悉心指導下，來自湖南農業(yè)大學吳雄偉副教授成功的設計了具有粘彈性且非易燃的復合固體電解質解決了固體電解質與電極的接觸問題并實現(xiàn)金屬鋰的均勻沉積。

※高效單原子Fe基催化劑用于鋅-空氣電池研究獲進展

中國科學院北京納米能源與系統(tǒng)研究所孫春文課題組副研究員韓軍興等人基于金屬-有機框架材料(MOF)包覆和高溫裂解技術成功制備了單原子Fe基催化劑。該工作以二價的FeSO₄作為Fe前軀體；1,10-鄰菲羅啉作為有機配體(Phen)，通過與Fe²⁺離子配位形成有機復合物(Fe-Phen)。在MOF晶體生長過程中，有機復合物分子(Fe-Phen)被原位包覆在具有分子尺寸的納米腔體中，彼此被MOF骨架隔離開。在Ar氣氛下經過900℃高溫焙燒后得到單原子分散的Fe基催化劑。電化學測試結果表明單原子Fe基催化劑在ORR反應中的半波電位高達0.91V，比傳統(tǒng)的Pt/C催化劑高90mV，并且優(yōu)于目前文獻中報道的絕大多數(shù)催化劑；電化學活性表面積約是商業(yè)Pt/C催化劑的兩倍。將單原子Fe基催化劑用作一次鋅-空氣電池的正極催化劑，電池開路電壓高達1.51V，優(yōu)于Pt/C催化劑(1.45V)；功率密度達到96.4 mW cm^-2；以10mA cm^-2的電流密度進行放電，一次鋅-空氣電池可以在1.28V的放電電壓下穩(wěn)定運行2000min以上。相關研究成果以Single-Atom Fe-Nx-C as an Efficient Electrocatalyst for Zinc-Air Batteries為題發(fā)表在最新一期的《先進功能材料》。

(a) 一次鋅-空氣電池結構示意圖；(b) 不同催化劑制備的電池的開路電壓隨時間的變化曲線；(c) 電池功率密度特性；(d) 電池放電曲線；(e) 在10 mA cm^-2的電流密度下電池恒流放電曲線；(f) 展示鋅-空氣電池可以為電子手表供電。

參考來源：

材料人、中科院官網