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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

——編者著

鋰離子電池固態(tài)電解質(zhì)

Advanced系列能源轉(zhuǎn)換與存儲類封面大賞（6月第3期）

德國慕尼黑工業(yè)大學(xué)（Technische Universit?t München）Aliaksandr S. Bandarenka教授課題組及合作者研發(fā)了一種利用原位橢圓偏振光譜（in-situ spectroscopic ellipsometry）測量鋰離子電池固態(tài)電解質(zhì)空間電荷區(qū)厚度的方法。固態(tài)鋰離子電解質(zhì)被組裝進(jìn)電池后，會在與電池正、負(fù)極的接觸面上形成空間電荷區(qū)，包括累積層（accumulation layer，Li⁺富集區(qū)）和耗盡層（depletion layer，Li⁺流失區(qū)）兩種?？臻g電荷區(qū)由于厚度極薄，難以表征、研究，但對于減小固態(tài)電解質(zhì)與電極間的界面電阻十分關(guān)鍵。作者們創(chuàng)新地利用橢圓偏振光譜，根據(jù)Li⁺濃度會影響材料光學(xué)性質(zhì)的規(guī)律，提出一套光譜模型，獲取了累積層、耗盡層厚度。實驗結(jié)果表明，1 V外加電壓下，LICGC（一種傳導(dǎo)Li⁺的陶瓷材料）與金界面形成的累積層厚度約320 nm，耗盡層厚度約190 nm。厚度測量的實現(xiàn)有望推動后續(xù)有關(guān)固態(tài)電解質(zhì)空間電荷區(qū)的研究。

封面圖展示了通過原位橢圓偏振光譜測量鋰離子電池固態(tài)電解質(zhì)空間電荷區(qū)的微觀示意圖。電解質(zhì)靠近左上端界面部分金屬小球數(shù)量少，代表Li⁺耗盡層。一束光照射而來，在耗盡層上方和下方分別發(fā)生反射。發(fā)射出的兩束光被儀器捕捉、分析后獲得耗盡層厚度信息。

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ORR催化劑

Advanced系列能源轉(zhuǎn)換與存儲類封面大賞（6月第3期）

天津大學(xué)楊全紅教授、凌國維研究員、張辰博士等報道了一種氧還原（ORR）催化劑，可被用于海水電池中。作者們利用微波加熱法合成了由石墨烯/碳納米管組成的ORR催化劑，其中石墨烯表面還分布有Fe-N₄單原子位點。石墨烯/碳納米的親氧界面與Fe-N₄位點均可吸附氧氣，推動ORR進(jìn)行。得益于雙吸收中心，催化劑能夠在含氧量低的海水中工作，ORR半波電位為0.704 V。應(yīng)用該催化劑的海水電池（海水氧含量0.4 mg/L）在10 mA/cm²電流密度下放電電壓為1.18 V。本工作為設(shè)計極端條件下（極度缺氧、極低溫等）工作的催化劑提供了參考。

一塊海水電池位于封面右側(cè)。負(fù)極為鎂合金，正極使用了文章報道的催化劑。紅色的氧氣分子源源不斷供給電池，電池則對外輸電，點亮了面前的海底龍珠。海龍王雙目圓睜，盯著這塊神奇的海水電池，似乎是被電池的優(yōu)異性能驚呆了。

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無機(jī)熱電材料

Advanced系列能源轉(zhuǎn)換與存儲類封面大賞（6月第3期）

中科院上海硅酸鹽研究所史迅研究員、仇鵬飛博士，上海交大魏天然博士等報道了一種p型(Ag_0.2Cu_0.8)₂S_0.7Se_0.3無機(jī)塑性熱電化合物。該化合物在室溫下具有優(yōu)異的變形能力，可經(jīng)受10%三點彎曲應(yīng)變，>30%的壓縮應(yīng)變。第一性原理計算發(fā)現(xiàn)材料的高解理能與不穩(wěn)定層錯能比值大，因而材料在室溫下柔性好。p型的獲得依賴于Cu含量：Cu含量升高，則材料的主要缺陷由Ag間隙離子（施主缺陷）變?yōu)镃u空位（受主缺陷）。在800 K時，(Ag_0.2Cu_0.8)₂S_0.7Se_0.3熱電優(yōu)值（figure of merit）達(dá)到0.95。該材料有望應(yīng)用于全無機(jī)可形變熱電器件。

封面中心部分所示為本文報道材料的微觀結(jié)構(gòu)示意圖，可以看到空穴載流子正穿梭其中。下方被三點彎曲的薄膜對應(yīng)了材料具有大形變的特點。此外，左側(cè)冷藍(lán)，右側(cè)紅熱，并產(chǎn)生放電，對應(yīng)了熱電器件利用溫差產(chǎn)電的應(yīng)用。

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多孔石墨烯超級電容器電極

Advanced系列能源轉(zhuǎn)換與存儲類封面大賞（6月第3期）

韓國光云大學(xué)（Kwangwoon University）Jae Yeong Park教授課題組報道了一種抑制磷烯納米片團(tuán)聚的方法。他們先將自己制備的磷烯納米片以非共價鍵形式在表面包覆上聚氮丙啶（polyaziridine），然后將該復(fù)合材料承載在三維多孔石墨烯上。所得材料不僅可用于免疫感應(yīng)或心電感應(yīng)電極，還可用來制備微型超級電容器。微型超級電容器的最大面積電容達(dá)到16.94 mF/cm²，比不含磷烯電極的微型超級電容器高近6倍。

封面下方展現(xiàn)了鑲嵌在三維多孔石墨烯中的磷烯材料。從右側(cè)放大圖可以看到，紫色磷烯層間隔有藍(lán)、黑、紅色的聚氮丙啶分子模型，象征磷烯被聚氮丙啶包裹。上方伸展出的插指電極為本文報道的傳感器和微型超級電容器的電極構(gòu)造。噴嘴正噴出磷烯/聚氮丙啶活性材料。

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Advanced系列能源轉(zhuǎn)換與存儲類封面大賞（6月第3期）

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