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解說頭版文章

品味智慧之光

縱使攬勝四方

我自封面大賞

——作者

電解CO2還原

榮登榜首！Advanced系列能源轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)類封面大賞（6月第4期）

韓國(guó)陶瓷工程技術(shù)研究所（KICET）Tae Ho Shin博士團(tuán)隊(duì)聯(lián)合韓國(guó)科學(xué)技術(shù)院Kang Taek Lee教授等人報(bào)道了一種基于La(Sr)Cr(Mn)O₃（LSCM）陶瓷的還原CO₂的電極材料。LSCM可傳導(dǎo)O^2-、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、成本低，常作為固體氧化物電解池（SOEC）中的正極。

本工作將LSCM與Ce(Mn, Fe)O₂（CMF）復(fù)合，提升了LSCM還原CO₂為CO和O^2-的活性。以CO₂為燃料、LSCM/CMF為電極的電解池在1123 K下，1.5 V或1.2 V下電解電流分別為2.64 A/cm²或1.22 A/cm²。LSCM活性的升高與CMF誘導(dǎo)形成表面氧空位缺陷有關(guān)。這些氧空位缺陷促進(jìn)CO₂在LSCM表面的吸附，利于 CO₂轉(zhuǎn)化為(CO₃)^–中間體。

封面左上方為正極側(cè)，CO₂分子不斷碰及LSCM/CMF的表面并被轉(zhuǎn)化為CO。右下側(cè)的負(fù)極側(cè)有氧氣分子逸出。這個(gè)過程為本文報(bào)道的固態(tài)氧化物電解池涉及的反應(yīng)。LSCM/CMF晶體結(jié)構(gòu)中的白色空圈標(biāo)注了氧缺陷的位置。氧缺陷是LSCM/CMF催化性能的保障。

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榮登榜首！Advanced系列能源轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)類封面大賞（6月第4期）

超級(jí)電容器離子擴(kuò)散機(jī)理

德國(guó)波鴻魯爾大學(xué)（Ruhr-Universit?t Bochum）Lars Borchardt教授、德國(guó)萊比錫大學(xué)（Universit?t Leipzig）Muslim Dvoyashkin博士及合作者探究了超級(jí)電容器碳電極的多級(jí)孔結(jié)構(gòu)（pore hierarchy）對(duì)離子傳輸?shù)挠绊憽?/strong>離子在多孔碳中的擴(kuò)散過程很大程度決定了超級(jí)電容器的功率密度這一核心性能。

作者們利用核磁共振、電化學(xué)阻抗、理論模擬等表征方法指出，對(duì)于碳顆粒電極材料（如活性炭），離子在顆粒內(nèi)部傳輸過程僅在十微米以上時(shí)才會(huì)成為離子擴(kuò)散的主要阻力來源。因此，碳顆粒的平均大小會(huì)強(qiáng)烈影響離子傳輸速率。

此外，作者們還發(fā)現(xiàn)多級(jí)孔結(jié)構(gòu)對(duì)于不同電解液體系的影響是不同的：對(duì)于純離子液體或被有機(jī)溶劑稀釋的離子液體電解液，多級(jí)孔結(jié)構(gòu)有助于提升離子在電極內(nèi)的傳輸速率；而對(duì)于不含離子液體的有機(jī)電解液，多級(jí)孔結(jié)構(gòu)中的微孔會(huì)造成離子去溶劑化，致使裸露的離子在孔道內(nèi)擴(kuò)散緩慢，反而極大地降低了離子的傳輸速率。本工作的結(jié)論強(qiáng)調(diào)了超級(jí)電容器電極結(jié)構(gòu)需要針對(duì)不同電解液體系優(yōu)化。

封面主體顯示多級(jí)孔模型及離子在孔道內(nèi)的擴(kuò)散路徑（線條上紅色代表高阻力部分，綠色代表低阻力部分）。畫面正前放置著三塊超級(jí)電容器器件。據(jù)上面的標(biāo)簽和圖像可看出三塊超級(jí)電容器分別使用了多級(jí)孔碳電極（C_hierarch）、微孔碳電極（C_micro）和介孔碳電極（C_meso），為論文研究的三個(gè)對(duì)象。右側(cè)還有一個(gè)NMR的綠色圖標(biāo)，代表了NMR測(cè)試離子擴(kuò)散系數(shù)的方法。

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柔性鋰金屬電池

韓國(guó)延世大學(xué)（Yonsei University）Sang-Young Lee教授、韓國(guó)電子通信研究院（Electronics and Telecommunications Research Institute）Young-Gi Lee等報(bào)道了一種用于柔性電池的電極集流體。其制備方法是將金屬鎳或金屬銅電鍍到聚對(duì)苯二甲酸乙二酯（PET）纖維上，從而形成柔性導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。該柔性集流體可負(fù)載金屬鋰制成柔性負(fù)極，或鋰過量層狀氧化物制成柔性正極。這兩種電極構(gòu)成的柔性鋰金屬電池柔性好，質(zhì)量比電容及器件體積比電容分別達(dá)到506 Wh/kg_cell和765 Wh/L_cell。

打開柔性電池后可以看到纖維狀的鋰金屬負(fù)極（上層）和纖維狀的正極（下層）。紅色和綠色的發(fā)光小球在電極中穿梭，可能代表了電子和離子在電極中傳導(dǎo)、擴(kuò)散。電池外連到一輛電動(dòng)汽車。汽車的車燈被點(diǎn)亮，表明電池正對(duì)外輸電。銀白色色調(diào)的構(gòu)圖顯得簡(jiǎn)潔清爽。

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水系鋅離子電池正極材料

韓國(guó)漢陽大學(xué)（Hanyang University）Heejoon Ahn教授及合作者報(bào)道了一種水系鋅離子電池的新型層狀釩基正極材料。作者們利用超聲法，將PEDOT導(dǎo)電高分子引入到層狀釩酸銨線狀納米晶的層間。導(dǎo)電高分子的引入不僅提升了釩酸銨電極材料的整體導(dǎo)電性（4.1×10^?2 S/cm），還因拓寬了層間距（11.2 ?）而使Zn²⁺嵌入/脫嵌更容易，電極活性位點(diǎn)增多，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性提高。

所制備的電極在0.5 A/g和20 A/g電流密度下的分別展現(xiàn)出344 mAh/g和155 mAh/g電容；10 A/g電流密度下連續(xù)充放電1000次的電容保持率為94%。本工作為設(shè)計(jì)新型水系鋅離子電池層狀電極材料提供了參考。

封面主體是一塊鋅離子電池和它的正極材料結(jié)構(gòu)示意圖。電池上端透明空窗中展示了正極材料，近處則為該材料的具體結(jié)構(gòu)：紅層代表釩酸銨網(wǎng)絡(luò)，藍(lán)色層代表PEDOT。PEDOT中有電流，意為PEDOT相對(duì)高的導(dǎo)電性；黃色發(fā)光小球在PEDOT和釩酸銨界面穿梭，代表Zn²⁺擴(kuò)散。背景的藍(lán)天、白云、青草、太陽能電池板、風(fēng)車指代新能源應(yīng)用背景。此外，畫面左側(cè)電池封裝箱上的ESS可能是Energy Storage System的縮寫，同樣指向了能源存儲(chǔ)的應(yīng)用背景。

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高分子固態(tài)電解質(zhì)

印度拉吉夫·甘地石油技術(shù)研究所Umaprasana Ojha博士課題組報(bào)道了一種新型水凝膠固態(tài)電解質(zhì)材料。這種凝膠電解質(zhì)材料主要由兩種高分子材料組成。其一為交聯(lián)的聚(丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙磺酸)（PAMPS），為凝膠保水；其二為聚丙烯酰胺鏈，為凝膠提供力學(xué)強(qiáng)度。所合成的凝膠浸泡無機(jī)鹽水溶液后便能形成水凝膠電解質(zhì)。水凝膠水含量高達(dá)96 wt.%，抗拉強(qiáng)度和楊氏模量分別為2與1.67 MPa，可被用于鋰離子電池或鋅離子電池中的電解質(zhì)。

封面上一片正在為手機(jī)充電的電池打開，展出了其中粉紅色的凝膠電解質(zhì)。這塊電解質(zhì)不簡(jiǎn)單，火、冰、水、壓力均無法破壞這塊電解質(zhì)，突顯了電解質(zhì)的穩(wěn)定特點(diǎn)。右上方放大圖展示了電解質(zhì)中的交聯(lián)聚合物微觀網(wǎng)絡(luò)。畫面背景上方有光線灑下，使背景看起來像在深水中，對(duì)應(yīng)了水凝膠含水量高的特點(diǎn)。

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