有機(jī)電極材料長(zhǎng)期以來(lái)是下一代可持續(xù)鋰離子電池(LIBs)的研究熱點(diǎn)。亞胺類化合物具有成本低、理論容量大、工作電壓高、氧化還原反應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，是一種極具發(fā)展前景的正極化合物。然而，若想投入實(shí)際應(yīng)用，如何利用亞胺電極氧化還原活性位點(diǎn)仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。

德國(guó)德累斯頓工業(yè)大學(xué)馮新亮課題組合成了一種與碳納米管(CNT)集成的高度穩(wěn)定的晶體2D聚芳酰亞胺(2D‐PAI)，該化合物可作為鋰離子電池的正極材料。

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這種材料擁有豐富的π共軛萘二酰亞胺氧化還原活性單元和穩(wěn)固的環(huán)狀酰亞胺鍵，賦予了材料高的氧化還原活性位點(diǎn)的有效利用率（82.9％），優(yōu)異的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和快速的離子擴(kuò)散。因此，這種材料實(shí)現(xiàn)了高的倍率性能和超穩(wěn)定的循環(huán)性能（在8000次循環(huán)后100％容量保持率），遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了現(xiàn)有技術(shù)的聚酰亞胺電極。

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這項(xiàng)工作可能會(huì)激發(fā)開(kāi)發(fā)新型有機(jī)電極，用于可持續(xù)和耐用的可充電電池。

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201901478

金屬鋰負(fù)極安全性差、循環(huán)壽命短、效率低，嚴(yán)重阻礙了其商業(yè)化應(yīng)用。近年來(lái)，在鋰負(fù)極上建立人工界面層被認(rèn)為是穩(wěn)定鋰電極的有效策略。然而，到目前為止報(bào)道的界面修飾層大多是直接在金屬鋰上構(gòu)筑的，由于金屬鋰的高反應(yīng)活性，往往需要嚴(yán)格的反應(yīng)條件和惰性環(huán)境保護(hù)以及高度選擇性的試劑。此外，理想的界面層材料還應(yīng)該滿足能夠有力地調(diào)整鋰表面不均勻的鋰離子通量。

華中科技大學(xué)李會(huì)巧團(tuán)隊(duì)及斯坦福大學(xué)崔屹團(tuán)隊(duì)采用g‐C₃N₄作為鋰離子調(diào)節(jié)材料，開(kāi)發(fā)了一種全新的可自轉(zhuǎn)移策略，為L(zhǎng)i負(fù)極構(gòu)筑了一種界面層，這種策略無(wú)需任何惰性氣體保護(hù)，且對(duì)化學(xué)試劑的選擇范圍限制很少。

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首先將含有g(shù)‐C₃N₄納米薄片的分散液通過(guò)抽濾在普通的電池隔膜上預(yù)制成膜，然后在正常電池組裝過(guò)程中將表面覆有C₃N₄層的隔膜面向鋰負(fù)極擺放，滴加電解液，在電解液的潤(rùn)濕作用下由于C₃N₄強(qiáng)的親鋰性該修飾層會(huì)自發(fā)從電池隔膜上轉(zhuǎn)移到鋰負(fù)極的表面。而g‐C₃N₄納米薄片中含有豐富的氮元素，其可以與Li⁺形成過(guò)渡態(tài)的Li-N鍵，從而有效地穩(wěn)定鋰負(fù)極表界面的鋰離子通量，使鋰負(fù)極可以經(jīng)受900次的長(zhǎng)循環(huán)并保持高的庫(kù)倫效率（超過(guò)99%），同時(shí)在高電流密度和高容量下也可以順利沉積，性能優(yōu)于以往的報(bào)道。?

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201900342

氮摻雜石墨炔是一種很有前途的無(wú)金屬氧還原反應(yīng)(ORR)電催化劑。然而，哪種類型的N摻雜劑有助于提高催化性能?其它雜原子摻雜石墨炔的催化性能如何？ 這些重要問(wèn)題尚未得到系統(tǒng)的研究。

美國(guó)波多黎各大學(xué)陳中方與哈爾濱師范大學(xué)趙景祥團(tuán)隊(duì)通過(guò)DFT計(jì)算考察了X‐摻雜(X = B, N, P, S)石墨炔對(duì)氧還原反應(yīng)（ORR）和析氧反應(yīng)(OER)的催化性能。

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計(jì)算結(jié)果表明，石墨S摻雜石墨炔（模型S1），sp-N摻雜石墨炔（模型N3）和石墨型P摻雜石墨炔（模型P1）具有優(yōu)異的ORR / OER催化活性，催化性能可與Pt/C或RuO₂相媲美，甚至更好。?對(duì)于ORR反應(yīng)，摻雜石墨炔的催化活性趨勢(shì)為模型S1> Pt/C >模型N3；對(duì)于OER反應(yīng)，催化活性趨勢(shì)為模型P1 > RuO₂?> 模型N3。在N3和S1模型中，靠近N‐和S‐雜原子且?guī)в休^多正電荷的碳原子是ORR活性位點(diǎn)，而在N3和P1模型中，靠近N‐和P‐雜原子且具有高自旋的碳原子是OER活性位點(diǎn)。

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總體而言，本研究不僅深入研究了氮摻雜石墨炔的ORR催化活性，而且發(fā)現(xiàn)了其他雜原子摻雜石墨炔對(duì)ORR/OER 反應(yīng)優(yōu)越的催化性能。

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/smtd.201800550

隨著儲(chǔ)能需求的不斷增長(zhǎng)，要求對(duì)現(xiàn)有鋰離子電池電極材料進(jìn)行大幅度的改進(jìn)，并開(kāi)發(fā)出先進(jìn)的電極材料。因此，有必要對(duì)實(shí)際操作條件下的反應(yīng)過(guò)程、降解機(jī)理和熱分解機(jī)理有深入的了解。這種理解可以通過(guò)原位/操作過(guò)程表征技術(shù)獲得，該技術(shù)提供了有關(guān)結(jié)構(gòu)演化、氧化還原機(jī)理、固體電解質(zhì)間相(SEI)形成、副反應(yīng)以及在操作條件下鋰離子傳輸特性的信息。

清華大學(xué)深圳研究生院李寶華團(tuán)隊(duì)總結(jié)了近年來(lái)原位/操作技術(shù)在結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、動(dòng)力性能、化學(xué)環(huán)境變化和形態(tài)演化等方面的研究進(jìn)展。本文總結(jié)的實(shí)驗(yàn)方法包括X射線、電子、中子、光學(xué)和掃描探針。詳細(xì)介紹了實(shí)驗(yàn)方法和工作原理，特別是原位電池設(shè)計(jì)。

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總結(jié)了原位/操作技術(shù)的代表性研究，最后討論了當(dāng)前的主要挑戰(zhàn)和未來(lái)的機(jī)遇。幾個(gè)重要的電池領(lǐng)域的挑戰(zhàn)可能會(huì)受益于這些原位/操作技術(shù)，包括高能量高密度陰極的非均相反應(yīng)，安全可逆的Li金屬鍍層的發(fā)展，以及穩(wěn)定SEI的發(fā)展。

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201806620

鉀離子存儲(chǔ)技術(shù)作為鋰離子存儲(chǔ)技術(shù)的一種很有前途的替代品，目前還處于起步階段，探索合適的電極材料對(duì)其實(shí)際應(yīng)用至關(guān)重要。

中科院蘭州化物所閻興斌團(tuán)隊(duì)論證了化學(xué)氣相沉積法制備無(wú)序、大層間距、富氧碳納米片(CNSs)用于鉀離子存儲(chǔ)的可行性。

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CNSs作為陽(yáng)極材料，具有優(yōu)異的速率性能和良好的循環(huán)穩(wěn)定性。利用這一優(yōu)勢(shì)，利用電池正極和活性炭作為電容器負(fù)極的CNSs構(gòu)建了鉀離子混合電容器(PIHC)。器件顯示了149 Wh kg^?1的高能量密度，21kW kg^?1的超高功率輸出，以及較長(zhǎng)的循環(huán)壽命(5000次循環(huán)后80%的容量保持能力)。

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這項(xiàng)工作促進(jìn)了鉀離子存儲(chǔ)設(shè)備高性能陽(yáng)極材料的開(kāi)發(fā)，設(shè)計(jì)的PIHC將能量密度和功率密度推向了更高的水平。

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aenm.201803894