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精選AEM/EES/AM等8篇丨近期能源儲存與轉化頂刊大盤點

來源：本站時間：2019-12-24 16:11:32 瀏覽：5552次

本次能源儲存與轉化速遞將帶來負極材料儲納/儲鉀、CO₂電催化進展、鋰硫電池電極材料研究的8篇解讀，希望可以給冬日研究的你們帶來如卡布奇諾一般的絲滑。如有不當之處，還請各位文末留言積極指出，以便我們后期提供更好的服務~

1、AEM：醚類電解液下Sb₂O₃/rGO復合材料的儲鉀行為

AEM：醚類電解液下Sb2O3/rGO復合材料的儲鉀行為

暨南大學麥文杰研究員團隊日前通過溶劑熱反應制備了一種Sb₂O₃錨定的rGO納米片(下稱Sb₂O₃/rGO)，并報道了其良好的儲鉀性能，成果發表于Advanced Energy Materials。當Sb₂O₃/rGO復合材料用在高濃度醚類電解液中，表現出良好的儲鉀性能。循環穩定性測試顯示，在0.1 A/g的電流密度下，Sb₂O₃/rGO循環100圈后的比容量為309 mAh/g；長循環測試表明，0.5 A/g的電流密度下循環3300圈（測試111天）后，比容量未見明顯衰減，相比于其他金屬氧化物鉀離子電池負極有明顯改善；通過CV曲線分析其儲能機理，結果表明在醚類電解液中，其儲鉀機制傾向于表面主導的贗電容，1 mV/s掃速下的占比為65 %。隨后該課題組采用DFT理論計算揭示儲鉀性能提升的本質，結果顯示，在醚類電解液中的離子遷移能壘較低，這對提升鉀離子電池的性能是有益的。

文獻信息：Jinliang Li, Ning Zhuang, Junpeng Xie, and et al. K-Ion Storage Enhancement in Sb₂O₃/Reduced Graphene Oxide Using Ether-Based Electrolyte, Adv. Energy Mater. 2019, 1903455, DOI: 10.1002/aenm.201903455.

2、AEM：FeSe₂/N-C負極材料用于鉀離子電容器

AEM：FeSe2/N-C負極材料用于鉀離子電容器

湖南大學魯賓安教授團隊制備了一種氮摻雜碳包覆的FeSe₂團簇（FeSe₂/N-C），并報道了其在鉀離子半電池和鉀離子全電容的優異性能，該成果發表于Advanced Energy Materials。基于0.5-3.0 V的電壓區間和雙三氟甲烷磺酰亞胺鉀基電解液的條件，FeSe₂/N-C在0.1 A/g的電流密度下循環100圈后的比容量為295 mAh/g， 2 A/g的電流密度下循環2000圈后的倍率比容量為158 mAh/g。采用原位XRD和非原位TEM測試該負極材料在儲鉀過程中的相轉變，結果表明FeSe₂在首次循環后轉變為Fe₃Se₄。在隨后的循環過程是基于Fe₃Se₄的儲鉀反應，能夠發生可逆的轉化反應。

文獻信息：Junmin Ge, Bin Wang, Jue Wang, and et al. Nature of FeSe₂/N-C Anode for High Performance Potassium Ion Hybrid Capacitor. Adv. Energy Mater. 2019, 1903277, DOI: 10.1002/aenm.201903277.

3、AEM：納米結構的主族元素材料用于CO₂還原制甲酸

AEM：納米結構的主族元素材料用于CO2還原制甲酸

納米結構主族元素（Sn、Sb、Bi、In和Pb）材料在選擇性還原CO₂制備甲酸中具有廣闊的應用前景。蘇州大學李彥光教授團隊近期在Advanced Energy Materials上發表綜述性文章，從電還原CO₂的若干問題出發，包括還原產物的可視化監測的基礎等問題、還原的機理和路徑化學反應以及最終的性能對比，作者對Sn、Sb、Bi、In和Pb基納米材料在CO₂電化學還原中的應用前景做了總結和展望，文中強調了材料設計對促進反應活性、選擇性和穩定性的重要途徑。

文獻信息：Na Han, Pan Ding, Le He, and et al. Promises of Main Group Metal-Based Nanostructured Materials for Electrochemical CO₂ Reduction to Formate. Adv. Energy Mater. 2019, 1902338, DOI: 10.1002/aenm.201902338.

4、AFM：氧摻雜CoP用于高效水分解

AFM：氧摻雜CoP用于高效水分解

開發一種用于水分解的雙功能催化劑對未來氫化學的發展起到十分關鍵的作用，其中摻雜異原子來調節催化材料的電子結構是一種有效途徑。基于此，南京師范大學唐亞文教授團隊開發了一種氧摻雜的磷化鈷催化劑（O-CoP）并測試其用于HER和OER的雙功能催化劑的性能，該研究發表于Advanced Functional Materials。理論研究表明，CoP中摻雜入一定比例的氧可以有效調節CoP的電子結構，不僅有助于熱力學穩定態的實現，而且改變了催化過程中產物的吸附自由能，以上理論分析結果應證了其具有良好催化活性。HER和OER催化性能測試表明，O-CoP在堿性條件、10 mA/cm²的電流密度下的過電位分別是98 和310 mV。當組成一種全水解催化劑時，10 mA/cm²的電流密度下器件需要1.6 V的電壓。

文獻信息：Guangyao Zhou, Meng Li, Yanle Li, and et al. Regulating the Electronic Structure of CoP Nanosheets by O Incorporation for High-Efficiency Electrochemical Overall Water Splitting. Adv. Funct. Mater. 2019, 1905252, DOI: 10.1002/adfm.201905252.

5、Nano Energy：Fe₇Se₈基納米材料的表面應力緩沖層的構筑與儲納性能

Nano Energy：Fe7Se8基納米材料的表面應力緩沖層的構筑與儲納性能

在鈉離子電池中，負極材料常常因為鈉離子嵌入/脫出過程中產生的應力而粉化，從而影響其儲納性能。構建有效的應力緩解層尤為關鍵，基于此，新加坡科技與設計大學Huiying Yang教授團隊在Fe₇Se₈@C納米盒表面包覆了一層MoSe₂納米片，用于高性能儲納負極(Fe₇Se₈@C@ MoSe₂)材料。性能測試結果顯示，其在0.1 A/g的電流密度下具有473.3 mAh/g的高比容量，在5 A/g的電流密度下仍保持275.5 mAh/g優異倍率特性。1 A/g的電流密度下循環600圈后比容量保持率為87.1%。作者采用有限元分析模擬出MoSe₂納米片包覆層有助于緩解Fe₇Se₈@C殼層在鈉離子嵌入/脫出時的體積變化。隨后作者采用制備的Fe₇Se₈@C@ MoSe₂為負極、NVP/C為正極匹配了鈉離子全電池，性能依舊優越。

文獻信息：Song Chen, Shaozhuan Huang, Yuan-Fang Zhang, and et al. Constructing Stress-Release Layer>7Se₈-Based Composite for Highly Stable Sodium-Storage. Nano Energy, DOI: 10.1016/j.nanoen.2019.104389.

6、AM：VN-TiN異質結用于鋰硫全電池

AM：VN-TiN異質結用于鋰硫全電池

鋰硫電池具有高能量密度，因此被看成是下一代儲能器件的最佳選擇之一，然而多硫化物的穿梭效應、反應動力學特性不佳、以及鋰枝晶的產生限制了其進一步發展。中國科學技術大學余雁教授與同濟大學羅巍教授開展聯合研究，利用靜電紡絲法制備了VN-TiN@CNFs異質結。當用于硫載體時，VN-TiN@CNFs有助于和硫之間形成良好的物理吸附、化學鍵合，并可促進多硫化鋰的催化轉化；在充當鋰金屬載體時，VN-TiN@CNFs為鋰金屬均勻沉積提供了活性位點。基于VN-TiN@CNFs的全電池（S/TiN-VN@CNFs || Li/TiN-VN@CNFs）性能測試表明，在0.2 C倍率下循環100圈后的比容量為1110 mAh/g，并可在2 C的高倍率下循環600圈。當硫負載量高達5.6 mg/cm²時，0.1 C的倍率下全電池的體積比容量可達5.5 mAh/cm²。

文獻信息：Yu Yao, Haiyun Wang, Hai Yang, and et al. A Dual-Functional Conductive Framework Embedded with TiN-VN Heterostructures for Highly Effcient Polysulfde and Lithium Regulation toward Stable Li-S Full Batteries. Adv. Mater. 2019, 1905658, DOI: 10.1002/adma.201905658.

7、Nano Energy：拓撲氮化法制備MoO₂-Mo₂N二元納米帶用于Li-S電池

Nano Energy：拓撲氮化法制備MoO2-Mo2N二元納米帶用于Li-S電池

Li-S電池（LSBs）具有能量密度高、成本低等優點，但多硫化鋰的穿梭效應和無序的Li₂S沉積導致循環過程中容量衰減嚴重，因此需要設計和優化從硫（S₈）到硫化鋰（Li₂S）的轉化路線，以提高Li-S電池的可逆性。

最近，清華大學深圳國際研究生院趙世璽課題組與華盛頓大學的曹國忠課題組在Nano Energy上發表文章，闡述了一種拓撲形態Mo基鋰硫電池正極材料（MoO₂-Mo₂N）的制備與性能。所制備的二元納米帶協同MoO₂的極性和Mo₂N的導電性，從而加速了從S8到LiPSs再到Li₂S的反應過程。通過這種設計，涂在隔膜上的納米帶夾層也可以作為LiPSs穿梭的物理屏障。采用密度泛函理論，該作者闡明了MoO₂和Mo₂N對LiPSs的化學錨定作用，結果顯示，在MoO₂和Mo₂N表面，LiPSs中的末端硫原子傾向于與Mo原子結合，而LiPSs中Li原子的有利結合位點是兩個氧原子或兩個氮原子之間的橋位。通過計算，Li₂S₄在MoO₂和Mo₂N表面的結合能分別為-4.65 eV和-2.97 eV，說明MoO₂對LiPSs具有更高的錨定能力。

文獻信息：In-Situ Topochemical Nitridation Derivative MoO₂-Mo₂N Binary Nanobelts as Multifunctional Interlayer for Fast kinetic Li Sulfur Batteries, Nano Energy. 2019, DOI:10.1016/j.nanoen.2019.104356.

8、EES：高度可逆的鋅錳液流電池體系

EES：高度可逆的鋅錳液流電池體系

Zn-Mn電池由于其低成本和環境友好特性吸引了廣泛關注。但是，正極材料往往伴有一定的相變和較大體積變化，這給高性能Zn-Mn電池的發展帶來瓶頸。中科院大連化物所李先鋒研究院在能源-環境材料頂級期刊Energy & Environmental Science上發表文章，通過在MnO₂構建固液界面（使用醋酸錳，Mn(Ac)₂），實現了Zn-Mn電池穩定、可逆的兩電子電化學反應。得益于醋酸根Ac的強絡合效應，Mn離子可直接在電極上沉積而形成MnO₂，這與其他錳鹽（如硫酸錳或氯化錳）是不同的。并且“溶解-沉積”的反應機制有效緩解了電極材料的體積效應，有望提升循環穩定性。性能測試結果表明，鋅錳液流電池在40 mA/cm²下循環400圈后的效率依然高達99 %，且容量未見明顯衰減。相比于其他儲能體系，李教授提出的鋅錳液流電池體系有望因低成本等優勢在眾多儲能設備中占據一席之地。

文獻信息：Congxin Xie, Tianyu Li, Congzhi Deng, and et al. A highly reversible Neutral Zinc/Manganese Battery for Stationary Energy Storage. Energy Environ. Sci., 2020, DOI: 10.1039/C9EE03702K.

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