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1. 南京大學(xué)張曄&復(fù)旦大學(xué)彭慧勝最新AFM：鋅金屬電池循環(huán)1000小時(shí)后鋅的利用率高達(dá)90%

電池頂刊集錦：AFM、AM、ACS Energy Lett.、EnSM、Nano Lett.、Nano Energy等

金屬鋅(Zn)具有體積容量大、氧化還原電位低、儲(chǔ)量豐富、成本低等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是“后鋰”儲(chǔ)能的理想負(fù)極。然而，目前的鋅電池對(duì)鋅的要求很高，鋅利用率低，器件能量/功率密度遠(yuǎn)低于理論值。鋅金屬的有限可逆性歸因于鋅與水溶液的自發(fā)寄生反應(yīng)，即水腐蝕、被動(dòng)副產(chǎn)物形成和枝晶生長(zhǎng)。

近日，南京大學(xué)張曄（通訊作者）和復(fù)旦大學(xué)彭慧勝（通訊作者）等人設(shè)計(jì)了一種新型離子選擇性聚合物膠，涂覆在鋅負(fù)極上，通過阻擋水的擴(kuò)散將鋅負(fù)極與電解液隔離，同時(shí)允許Zn²⁺離子快速遷移，有利于均勻電沉積。因此，在高電流密度下，鋅的利用率在1000 h內(nèi)達(dá)到了創(chuàng)紀(jì)錄的90%，與之形成鮮明對(duì)比的是，在目前報(bào)道的鋅利用率較低(50-85%)的情況下，鋅的循環(huán)性能要差得多(通常不到200 h)。當(dāng)與釩基正極匹配時(shí)，所得到的鋅離子電池顯示出228 Wh kg^?1的超高器件級(jí)能量密度，可與商用鋰離子電池相媲美。

可逆鋅利用示意圖

聚合物膠保護(hù)的對(duì)稱電池中鋅負(fù)極的電化學(xué)性能

由NH₄V₄O₁₀和Zn制成的全鋅離子電池的電化學(xué)性能

Engineering Polymer Glue towards 90% Zinc Utilization for 1000 Hours to Make High-Performance Zn-Ion Batteries (Adv. Funct. Mater., 2021, DOI: 10.1002/adfm.202107652)

2. 臥龍崗大學(xué)郭再萍&Wei Kong Pang最新AM：顯著增強(qiáng)高壓LiNi_0.5Mn_1.5O₄(LNMO)正極循環(huán)穩(wěn)定性

循環(huán)過程中正極材料的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性阻礙了可靠、安全的高能量密度鋰離子電池的發(fā)展，這是由于在高工作電壓下發(fā)生了有害的相變，同時(shí)過渡金屬溶解導(dǎo)致活性物質(zhì)的損失。

近日，澳大利亞臥龍崗大學(xué)郭再萍（通訊作者）和Wei Kong Pang（通訊作者）等人從電池材料的基本結(jié)構(gòu)/功能關(guān)系出發(fā)，以高壓LiNi_0.5Mn_1.5O₄(LNMO)正極為代表，有目的地對(duì)電極材料結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)晶學(xué)定點(diǎn)結(jié)構(gòu)工程。作者成功地將高壓下發(fā)生的有害兩相反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)閮?yōu)先固溶體反應(yīng)，并顯著抑制了Mn從LNMO結(jié)構(gòu)中的損失。改性后的LNMO材料在1 C時(shí)保持了99%的理論比容量，1500次和3000次循環(huán)后分別保持了初始容量的87.6%和72.4%。這種材料的問題追蹤現(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)定制將促進(jìn)鋰離子電池高能量密度材料的快速發(fā)展。

尖晶石材料的形貌和結(jié)構(gòu)表征

Sb002-LNMO樣品的X射線吸收光譜(XAS)

不同LNMO尖晶石的1 C循環(huán)性能及相應(yīng)的充放電曲線

Crystallographic-Site-Specific Structural Engineering Enables Extraordinary Electrochemical Performance of High-Voltage LiNi_0.5Mn_1.5O₄ Spinel Cathodes for Lithium-Ion Batteries(Adv. Mater., 2021, DOI: 10.1002/adma.202101413)

3. 俄羅斯圣彼得堡ITMO大學(xué)&意大利托爾維加塔大學(xué)最新Nano Energy: 高效鈣鈦礦太陽電池的介孔電子傳輸層

全介質(zhì)納米光子學(xué)具有光學(xué)損耗低、光局域性強(qiáng)、對(duì)鹵化物鈣鈦礦等材料具有化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，是改進(jìn)薄膜光電子器件的有力工具。然而，制造功能性納米結(jié)構(gòu)的大規(guī)模和低成本的方法仍然沒有被開發(fā)出來。

近日，俄羅斯圣彼得堡ITMO大學(xué)Sergey Makarov（通訊作者），Aleksandra Furasova（通訊作者）和意大利托爾維加塔大學(xué)Aldo Di Carlo（通訊作者）等人展示了一種新的方法來構(gòu)建介孔電子傳輸層，該方法是將光學(xué)共振硅納米顆粒摻入二氧化鈦漿料中，應(yīng)用于鈣鈦礦型太陽能電池?？梢酝ㄟ^增加所有主要器件參數(shù)來達(dá)到21%以上的功率轉(zhuǎn)換效率。作者對(duì)諧振型納米硅太陽能電池的多物理理論模擬提供了對(duì)器件改進(jìn)機(jī)理的物理理解，同時(shí)也有助于優(yōu)化納米硅的濃度。

直徑為100~200 nm米氏諧振納米天線的鈣鈦礦太陽能電池示意圖

彩色橫截面掃描電子顯微鏡(SEM)圖像顯示了完整的PSC器件，其中包括介孔TiO₂層中的共振NPs

(a)正向掃描下記錄的含有不同濃度Si納米顆粒的介孔PSCs的J-V曲線：黑色點(diǎn)線-不含Si，藍(lán)色-在小濃度(1：180質(zhì)量濃度)，綠色-Si納米顆粒在最佳濃度(1：120)，紅色-高Si濃度(1：60)，紫色-超高Si濃度(1：30)。

Mie-resonant mesoporous electron transport layer for highly efficient perovskite solar cells(Nano Energy, 2021, DOI: 10.1016/j.nanoen.2021.106484)

4. 美國(guó)伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室楊萬里&Gao Liu&北大潘鋒最新ACS Energy Lett.:Li₂MO₃中不同的氧氧化還原活性

Li₂MO₃（M=過渡金屬）體系是富鋰材料的化合物，被廣泛認(rèn)為為高能電池提供氧氧化還原。然而，最近的研究表明，在三種代表性的Li₂MO₃（M=Mn，Ru，Ir）化合物中，在Mn和Ir體系中不發(fā)生可逆的氧氧化還原。

近日，美國(guó)伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室楊萬里（通訊作者），Gao Liu（通訊作者）和北大潘鋒（通訊作者）等人通過高級(jí)光譜重新評(píng)估Li₂RuO₃中的氧化還原反應(yīng)，該光譜顯示Ru氧化還原和高度可逆的O氧化還原。這與Li₂MnO₃和Li₂IrO₃系統(tǒng)形成鮮明對(duì)比，并總結(jié)了Li₂Mo₃系統(tǒng)在充電過程中的三種不同的氧行為：（i）Li₂MnO₃中只有不可逆的氧氧化(ii）Li₂RuO₃中可逆的Ru和O氧化還原(iii）Li₂IrO₃中僅陽離子氧化還原。這項(xiàng)工作表明過渡金屬及其與氧的耦合對(duì)于維持高能電池的可逆氧氧化還原活性的關(guān)鍵作用。

Li₂MO₃的形貌、結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能

Li₂RuO₃在初始循環(huán)中的Ru狀態(tài)

一系列Li₂RuO₃電極在不同電化學(xué)狀態(tài)下的O-K mRIXS

Distinct Oxygen Redox Activities in Li₂MO₃(M = Mn, Ru, Ir)(ACS Energy Lett., 2021, DOI: 10.1021/acsenergylett.1c01101)

5. 俄克拉何馬州立大學(xué)Omer Ozgur C?apraz最新Nano Lett.:晶態(tài)磷酸鐵正極材料中鉀離子插層誘導(dǎo)非晶化的原位研究

鈉離子電池和鉀離子電池由于儲(chǔ)量豐富、成本低廉，是一種很有前景的大規(guī)模儲(chǔ)能替代電池。這些大離子的嵌入會(huì)導(dǎo)致晶體電極發(fā)生不可逆的結(jié)構(gòu)變形和部分甚至完全的非晶化。對(duì)非晶態(tài)納米結(jié)構(gòu)在電池運(yùn)行過程中的動(dòng)態(tài)變化缺乏了解是進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸。

近日，美國(guó)俄克拉何馬州立大學(xué)Omer Ozgur C?apraz（通訊作者）等人報(bào)道了利用術(shù)中數(shù)字圖像相關(guān)和XRD技術(shù)來探測(cè)磷酸鐵在鉀離子插層過程中非晶相的動(dòng)態(tài)變化。X射線衍射表明，在第一次充放電循環(huán)中，電極的納米結(jié)構(gòu)發(fā)生了非晶化。此外，非原位HR-TEM進(jìn)一步證實(shí)了鉀離子插層后的非晶化。環(huán)境應(yīng)變分析檢測(cè)到與非晶相中的氧化還原反應(yīng)相關(guān)的可逆變形。這種方法對(duì)非晶態(tài)納米結(jié)構(gòu)中的離子嵌入機(jī)理提供了新的見解，這對(duì)開發(fā)下一代電池具有很大的潛力。

鋰從LiFePO₄電極上電化學(xué)置換形成FePO₄電極

含K離子的FePO₄復(fù)合電極的放電和充電曲線

磷酸鐵鉀電極在第三次放電循環(huán)后的透射電鏡結(jié)果

In SituProbing Potassium-Ion Intercalation-Induced Amorphization in Crystalline Iron Phosphate Cathode Materials(Nano Lett., 2021, DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c02095)

6. 上海硅酸鹽研究所黃富強(qiáng)&臥龍崗大學(xué)Nana Wang最新EnSM：高離子導(dǎo)電性復(fù)合聚合物電解質(zhì)

聚合物固態(tài)電池(SSB)具有界面接觸性好的優(yōu)點(diǎn)，但其應(yīng)用面臨離子導(dǎo)電性低的問題。

近日，上海硅酸鹽研究所黃富強(qiáng)（通訊作者）和臥龍崗大學(xué)Nana Wang（通訊作者）等人制備了含有碳酸丙烯酯增塑劑的三維(3D)多孔復(fù)合聚合物電解質(zhì)(3D-PPLLP-CPEs)，即使在室溫下也表現(xiàn)出高的離子導(dǎo)電性。3D-PPLLP-CPEs的電化學(xué)原位聚合在第一次放電過程中進(jìn)行，避免了液體增塑劑引起的安全問題，而不會(huì)犧牲電解質(zhì)的離子導(dǎo)電性。此外，可控的原位生成富LiF界面可以避免Li枝晶的生長(zhǎng)。為了進(jìn)一步提高SSBs的實(shí)用價(jià)值，采用了初始庫侖效率高的微米級(jí)Si@Li₃PO₄@C來替代鋰箔。全電池在0.2 C電流密度下的容量為129.1 mAh g^-1, 100次循環(huán)后的容量保持率為98.5%。這種CPE和電極的設(shè)計(jì)為構(gòu)建實(shí)用的SSB鋪平了一條新的道路。

3D-PPLLP-CPEs的設(shè)計(jì)與性能

基于NCM111//3D-PPLLP-CPEs//Li的原位聚合表征

3D-PPLLP-CPEs的界面和電化學(xué)行為

Solid-state Batteries Designed with High Ion Conductive Composite Polymer Electrolyte and Silicon Anode(Energy Storage Materials, 2021, DOI: 10.1016/j.ensm.2021.09.001)

7. 蘇州大學(xué)趙燕&魏真真最新EnSM綜述：具有可逆/不可逆熱關(guān)斷能力的鋰離子電池隔膜的研究進(jìn)展

目前，由于鋰離子電池隔膜技術(shù)的廣泛應(yīng)用和在離子傳輸中的關(guān)鍵作用，鋰離子電池隔膜技術(shù)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。然而，仍然需要確保電池的操作安全性、使用壽命和用戶體驗(yàn)。為了避免工作過程中溫度升高帶來的安全問題，有必要賦予隔膜熱停機(jī)功能，使其能及時(shí)切斷電流，防止電極接觸。與此同時(shí)，對(duì)隔膜的回收和可持續(xù)性的需求也在不斷增長(zhǎng)。因此，具有不可逆或可逆熱停用能力的功能隔膜應(yīng)運(yùn)而生。

近日，蘇州大學(xué)趙燕（通訊作者）和魏真真（通訊作者）等人將通過重點(diǎn)介紹通過不同方法和機(jī)制制造的具有不可逆熱保護(hù)的隔膜的最新研究成果，對(duì)提高LIB安全性所采用的技術(shù)進(jìn)行綜合分析。在此基礎(chǔ)上，總結(jié)了可逆熱保護(hù)隔膜中具有動(dòng)作和自適應(yīng)能力的智能材料。文中還給出了目前與這些鋰離子電池隔膜相關(guān)的研究方向和挑戰(zhàn)，以及在電池?zé)岜Ｗo(hù)方面的未來前景。希望本文的研究成果能為隔膜的循環(huán)利用、高安全、高性能等方面的研究提供啟示，為今后電池的發(fā)展提供有益的啟示。

PAN@PBS隔膜在110 °C時(shí)具有關(guān)閉功能，并且具有高達(dá)14 0°C(從110 °C到250 °C)的更寬的關(guān)閉溫度窗口

嵌段共聚物隔膜結(jié)合了電解質(zhì)親和聚砜(PSF)和鋰離子親和聚乙二醇(PEG)的優(yōu)點(diǎn)，可以在125 °C關(guān)閉氣孔，從而實(shí)現(xiàn)熱關(guān)閉功能，從而提高電池安全性

與商品化的PP/PE隔膜相比，由于PE微球熔點(diǎn)降低，PM/PP隔膜在110 ℃左右進(jìn)行熱閉合，PE層和PP層的熔融溫度間隔較大。

同時(shí)，在120 °C(20 s內(nèi))和140 °C(5 s)時(shí)，阻抗開始迅速增加，反映了快速的熱閉合響應(yīng)速度，并為熱失控提供了可靠的安全控制。

Recent Advances in Lithium-Ion Battery Separators with Reversible/Irreversible Thermal Shutdown Capability(Energy Storage Materials, 2021, DOI: 10.1016/j.ensm.2021.08.046)

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