20190709 JACS：通过在富锂Mn基层状正极中的热驱动Li再分布实现表面-体相氧化还原耦合
富含锂和锰的（LMR）层状正极材料由于兼具过渡金属阳离子和氧阴离子的氧化还原中心而展示出高的比容量和比能量密度。尽管在室温下研究LMR正极中电化学驱动的氧化还原演变已经付出了巨大的努力，但是它们在温和升高温度（高达~100℃）下的行为在很大程度上仍然未被探索。
SLAC国家加速器实验室Jun-Sik Lee和Yijin Liu与布鲁克海文国家实验室Enyuan Hu团队系统地研究了LMR正极在充电状态下的热驱动演变，结果表明，显著的晶格转变、分解和氧释放仅发生在~200 ℃及以上的温度条件下。此外，研究者对充电后的Li1.2Ni0.15Co0.1Mn0.55O2在~100 ℃的温和升高温度下的结构进行了更深入的研究。在充电后的LMR的体相（数百纳米的探测深度）中，温和的温度升高会增加O2-阴离子的氧化，但不会增加TM阳离子的氧化。为了补偿体内氧阴离子的电子释放，发现颗粒表面的TM阳离子（Ni，Mn和Co）（探测深度约为5 nm）与室温相比具有降低的价态，也就是说，体相氧阴离子和表面过渡金属阳离子之间发生了电荷转移。经研究表明，这种表面-体相氧化还原耦合效应是由热驱动的Li离子从体相扩散到表面引起的，导致LMR正极材料中Li离子的重新分布。该发现强调了在温和的温度扰动下，在深度脱锂状态下LMR材料的非平衡状态和动态性质。这种再分配可能对电池操作和高温下的安全性产生深远的影响。
Shaofeng Li, Sang-Jun Lee, Xuelong Wang, Wanli Yang, Hai Huang, Daniel S. Swetz, William B. Doriese, Galen C. O'Neil, Joel N. Ullom, Charles J. Titus, Kent D. Irwin, Han-Koo Lee, Dennis Nordlund, Piero A. Pianetta, Chang Yu, Jieshan Qiu, Xiqian Yu, Xiao-Qing Yang, Enyuan Hu, Jun-Sik Lee, Yijin Liu, Surface-to-bulk redox coupling through thermally-driven Li redistribution in Li- and Mn-rich layered cathode materials, J. Am. Chem. Soc.2019
DOI: 10.1021/jacs.9b05349
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.9b05349
20190711 ACS Energy Lett.：NaCl作为钠离子电池电极材料
氯化钠（NaCl），一种典型的离子化合物，但在高压下能够破坏化学的所有基本规则，并且可以形成具有不同的NaxCl化学计量的新金属化合物，其中x>1。然而，迄今为止还没有实现NaCl从绝缘状态到没有加压的金属状态的电化学相变。
韩国科学技术研究所Kyung Yoon Chung团队受先前在高压下NaCl金属化的研究启发，报道了一种简单的活化方法使NaCl具有电化学活性，证明非金属NaCl可以通过电化学活化过程转化为金属化合物，并将其用作钠离子电池NIB的电极材料。具体是通过电化学诱导晶体结构中的缺陷来实现NaCl的金属化，为了使该化合物具有电化学活性，通过预充电步骤有意地诱导空位，导致从B1-到B2-NaCl的部分相变。活化的NaCl电极显示出嵌入/脱嵌钠离子进入结构中，通过可逆地容纳0.6个Na离子，放电容量达到267mAh g-1。在放电过程钠离子嵌入到NaCl结构中时，电化学活性的B2-NaCl相可以有效地容纳钠离子并形成富钠化合物（NaxCl，x>1）。
Iqra Moeez, Hee-Dae Lim, Jae-Ho Park, Hun-Gi Jung, Kyung Yoon Chung, Electrochemically induced metallization of NaCl: Use of the main component of salt as a cost-effective electrode material for sodium-ion batteries, ACS Energy Letters, 2019.
DOI: 10.1021/acsenergylett.9b01118
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsenergylett.9b01118
20190712 Angew：碳/g-C3N4复合负极助力长寿命钠离子电池
二维石墨化的g-C3N4凭借其易于制备、低成本、高化学稳定性和潜在的优异倍率性能而被认为是一种有前途的钠离子电池负极材料。然而，原始的g-C3N4电子电导率低、可逆储钠容量有限且循环稳定性不足。在本文中，纽约大学的Andre D. Taylor等通过理论计算发现g-C3N4储钠性能不佳是由于钠离子在其纳米片层中扩散能垒较大。他们将低成本的尿素和沥青混合物一锅加热获得了具有优异储钠性能、高储钠容量（2倍于普通g-C3N4）、优异倍率性能和长效循环稳定性的多层C/g-C3N4复合钠离子电池负极材料。他们将C/g-C3N4复合负极与二盐基铑酸钠正极匹配的全电池库伦效率高达99.8%，在1A/g的大电流下循环14000周后容量衰减可忽略不计。该材料为发展低成本高性能钠离子电池提供了解决方案。
Guoming Weng, Andre D. Taylor et al, A promising carbon/g-C3N4 composite negative electrode for a long-life sodium-ion battery, Angew. Chem. Int. Ed.,2019
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/ange.201905803?af=R
20190702 Angew：冰作为固体电解质来传输各种离子
溶解盐的通用溶剂--水已经作为电化学装置中的液体电解质被广泛研究。 在0℃左右的水/冰相转变在自然界中是常见现象，然而，冰的化学和电化学行为很少被研究。
清华大学Hui Wu课题组发现冰相能够提供了有效的离子传输通道，证明冷冻水溶液仍然是离子导电的，可以用作通用的固态离子导体。研究者通过超快速冷冻水溶液，开发了一系列新的低温固态离子导电冰（ICI），通过冷冻含有不同阳离子的硫酸盐（Li+，Na+，Mg2+，Al3+，K+，Mn2+，Fe2+，Co2+，Ni2+，Cu2+和Zn2+）得到的ICI表现出约10-7 S cm-1的离子电导率（Zn2+）至~10-3 S cm-1（Li+），温度范围为-20℃至-5℃。此外研究者还在-40.0℃和-15.0℃的温度范围内测试了一组基于硝酸盐和氯化物的ICI，金属的电化学沉积可以通过使用基于CuSO4的ICI实现。
ICI的高离子导电性使其成为一种有前途的新材料体系，为设计包括电池和超级电容器在内的所有固态储能装置提供了新的机会。通过简单地冷冻盐水溶液获得的功能性冰材料为固态电化学及其实际应用的基本理解开辟了新的途径。
Hui Wu, Zeliang Guo, Tianshuai Wang, Hehe Wei, Yuanzheng Long, Cheng Yang, Dong Wang, Jialiang Lang, Kai Huang, Naveed Hussain, Chenxi Song, Bo Guan, Binghui Ge, Qianfan Zhang, Ice as Solid Electrolyte to Conduct Various Kinds of Ions, Angewandte Chemie International Edition, 2019.
DOI: 10.1002/anie.201907832
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201907832
20190710 Nano Lett.：MXene与TMD异质结在钠离子和Na-O2电池中的应用
钠离子电池SIB被视为锂离子电池的替代品，而它受到低容量的影响。Na-O2电池具有高的能量密度，但它们通常受到高过电位的限制。
苏州大学徐来团队构建了16种不同的带有MXenes（裸露和O封端）的TMD异质结构，并探索了它们在SIB和Na-O2电池中的应用潜力。研究表明在这些结构中，只有具有O-封端MXenes的VS2异质结构可以加载五层Na+，而当Na+在中间层或第二吸附层中嵌入或扩散时，其他的异质结构都将变形。Na+的超小扩散势垒表明这些结构具有快速的充电/放电速度，并且0.18V和0.21V的超小开路电压（OCV）证明是SIB有希望的候选者。 η_ORR/η_OER的超低过电位0.55V/0.20V意味着VS2/Ti2CO2异质结构的O面在Na-O2电池的应用中也具有很大的潜力。
Chao Tang, Yuxiang Min, Chongyang Chen, Weiwei Xu, Lai Xu, Potential Applications of Heterostructures of TMDs with MXenes in Sodium-Ion and Na-O2 Batteries, Nano Letters, 2019.
DOI: 10.1021/acs.nanolett.9b02115
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.9b02115
20190713 Angew：一种含有Cu2+/Cu+氧化还原电荷载体的四电子硫电极
通常情况下，在电池中如果电荷载体本身具有氧化还原活性，那么离子电荷载体在其中的作用就不仅仅是补偿电荷平衡。在本文中，美国俄勒冈州立大学的Jun Lu与纪秀磊团队将以Cu2+为电荷载体的硫电极耦合起来并通过S-Cu2S-CuS的连续转化反应实现了四电子的硫电极反应。这种Cu-S氧化还原-离子电极基于硫物种的质量可实现高达3044mAh/g的比容量，基于完全放电产物的Cu2S的质量计算的比容量可达609mAh/g，而且能够实现高达0.5V的S/金属硫化物的电压平台。此外，Cu-S电极表现出低至0.05V的电压极化，在12.5A/g的高电流密度下循环1200周后的容量保持率高达72%。研究人员为了评估该电极的应用前景，采用金属Zn负极和阴离子交换膜隔膜构建了杂化电池。该杂化电池的平均工作电压高达1.15V，基于复合正极计算的半电池能量密度高达547Wh/kg，其稳定循环仍然可以保持110周。
Xianyong Wu, Jun Lu, Xiulei Ji et al, A Four-Electron Sulfur Electrode Hosting Cu2+/Cu+ Redox Charge Carrier, Angew. Chem. Int. Ed.,2019
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/ange.201905875?af=R
20190709 ACS Nano：亲锂三维多孔集流体实现稳健锂金属负极用于锂硫电池
关于无枝晶Li金属负极的研究为提高Li-S电池的稳定性和安全性提供了机会，但目前Li负极的低容量和低Li利用率阻碍了Li-S电池能量密度的改善。
厦门大学郑南峰和方晓亮团队提出了一种简便的方法，通过用蛋黄-壳结构的N掺杂多孔碳纳米片包裹商业金属泡沫以用作亲锂型3D多孔集流体，其能够容纳大量的Li并具有引导均匀的Li成核/生长能力。得益于该结构的合理设计，该集流体能够助力具有更高的库仑效率和长寿命的无枝晶Li负极，使碳/硫正极显示出增强的稳定性（1400次循环后容量保持率为78.1％），此外，研究者基于该集流体成功构建了具有82％ Li利用率的高面积容量（9.84 mAh cm-2）Li-S全电池。
Fei Pei, Ang Fu, Weibin Ye, Jian Peng, Xiaoliang Fang, Ming-Sheng Wang, Nanfeng Zheng, Robust Lithium Metal Anodes Realized by Lithiophilic 3D Porous Current Collectors for Constructing High-Energy Lithium-Sulfur Batteries, ACS Nano, 2019.
DOI: 10.1021/acsnano.9b03784
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.9b03784
20190711 Chem. Soc. Rev.：石墨中的插层化学—碱金属离子及其外延
离子在宿主材料中的可逆嵌入脱出实现能量储存是摇椅式电池的基本工作原理。与锂离子电池相比，Na+和K+在石墨中的嵌入脱出存在较大差异。这种差异显著的主客体相互作用与宿主材料和电解液的性质密切相关，这对于深入了解可在未来实用化的碱金属离子电池的嵌入式电极材料至关重要。在本文中，中科院物理所的Yongsheng Hu，伦敦帝国理工学院的Maria-Magdalena Titirici，里德里奇席勒大学珍娜分校的Philipp Adelhelm以及萨里大学的Yaxiang Lu等综述了几年来石墨负极研究的实验和理论计算的重要进展，重点比较了三种碱金属离子（Li+、Na+、K+）嵌入石墨中的情况。文章旨在阐明石墨插层化合物的主客体关系和基本机理。此外，作者还讨论了为实现有利插层而开发的新方法以及该领域面临的诸多挑战。
Yuqi Li, Yaxiang Lu, Philipp Adelhelm, Maria-Magdalena Titirici, Yongsheng Hu et al, Intercalation chemistry of graphite: alkali metal ions and beyond, Chem. Soc. Rev., 2019
DOI: 10.1039/C9CS00162J
https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2019/CS/C9CS00162J#!divAbstract
20190703 EES综述：金属纳米粒子限域在CNT中用于能量转换和储存的最新进展
在一维碳纳米管中纳米限域金属纳米粒子的结构（M@CNTs）是获得具有独特物理和化学性质的新功能材料的方式，用于各种能量应用并具有增强的性能。在这种独特的结构中，CNT的内腔可以作为纳米反应器，其直径为几纳米，长度为微米。将纳米金属限域在CNT中不仅改善了CNT的局部环境，而且还保护了金属的浸出和聚集。
北京大学郭少军和邹如强团队总结了开发不同功能纳米颗粒的先进纳米限域方法的最新进展，包括金属，金属氧化物，金属硫化物，金属磷化物和金属碳化物等，特别关注它们的催化活性和稳定性，以增强锌空气电池，Li-O2电池和锂离子电池的存储容量，所展示的实施例提供了对用于电催化剂和电极的M@CNT的理解。最后，展望了M@CNT用于电化学能量转换和存储设备方面的挑战和未来前景。
Hassina Tabassum, Asif Mahmood, Bingjun Zhu, Zibin Liang, Ruiqin Zhong, Shaojun Guo, Ruqiang Zou, Recent Advances in Confining Metal-based Nanoparticles into Carbon Nanotubes for Electrochemical Energy Conversion and Storage Devices, Energy Environ. Sci., 2019,
DOI: 10.1039/C9EE00315K
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/ee/c9ee00315k#!divAbstract
20190708 ACS Energy Lett.：由EQCM-D和SEM成像Li电池电极中扩散诱导的瞬态应力
锂离子电池的快速充电通常伴随着电极材料的快速膨胀，导致在电极体内出现瞬态应力。尽管该现象从理论上被预测，但从未被直接的原位测量跟踪。以色列巴伊兰大学Doron Aurbach和北京工业大学张跃飞团队利用具有耗散监测的多谐波电化学石英晶体微天平（EQCM-D），以巨共振频率和共振宽度位移的形式获得了LiFePO4电极中强瞬态变形的声像，并通过SEM验证裂缝的形成。此外，研究者也确定了充电速率、聚合物粘合剂的强度和溶液浓度的影响。 EQCM-D吸引人的特点是其对选择性探测操作电极的平均力学特性的高灵敏度，特别是与电极循环性能直接相关的颗粒-粘合剂相互作用。使用EQCM-D可以智能地设计一种廉价、简单、快速的电池电极结构的健康监测方法。
Netanel Shpigel, Mikhael Levi, Xiaopeng Cheng, Tianci Cao, Rui Wu, Tyler S. Mathis, Yuefei Zhang, Doron Aurbach, Yury Gogotsi, Diffusion-Induced Transient Stresses in Li-Battery Electrodes Imaged by EQCM-D and Environmental SEM, ACS Energy Letters, 2019.
DOI: 10.1021/acsenergylett.9b00884
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsenergylett.9b00884
20190712 Joule：表征锂-固态电解质界面动力学与堆压和电流密度的关系
将传统液态电解质用固态电解质进行取代能够有效解决高比能锂金属电池的安全问题。但是，围绕着固-固界面仍然存在着诸多问题，更好地理解锂金属-固态电解质界面对于解决这些问题十分关键。在本文中，美国密歇根大学的Jeff Sakamoto团队利用堆压对锂-电解质电池在恒流循环过程中的力学与电化学行为的关系进行了研究。他们使用Li7La3Zr2O12固态电解质构建了对称电池并在动态堆压条件下进行了直流技术和交流技术的测试。研究发现在高于临界堆压条件下恒流充放电过程中对称电池会发生严重的极化。他们借助参比电极将锂剥离行为对该效应的影响进行了排除。这表明在低压条件下，锂剥离速率超过了机械变形补充界面的速率，从而导致空隙的形成，最终增加了界面阻力。该工作不仅激发了对锂金属-固体电解质界面进一步了解的需求，而且为未来所有固态电池的设计提供了指导。
Michael J. Wang, Jeff Sakamoto et al, Characterizing the Li-Solid-Electrolyte Interface Dynamics as a Function of Stack Pressure and Current Density, Joule, 2019
DOI: 10.1016/j.joule.2019.06.017
https://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(19)30308-3?rss=yes#
20190709 Nano Energy：原位观察全固态锂金属电池中的锂沉积行为
具有最高理论比容量和最低氧化还原电势的金属锂被认为是新一代高比能电池中最具前景的负极材料。由于活泼的金属锂会与各种有机溶剂发生化学反应，因此采用固态电解质取代液态电解质吸引了很多关注。然而，在全固态锂金属电池中伴随着锂的沉积-剥离循环仍然会发生不可控的枝晶生长和严重的界面波动，这时会导致电池内部短路或者容量衰减。在本文中，中科院高能物理所的Tianjiao Liang和物理所的Hong Li以及美国马里兰大学的Howard Wang 等采用中子深度剖面（NDP）这种高灵敏度和高分辨率的技术对Li/LLZTO/Ti固态电池中的锂沉积行为进行了观测。他们通过实验并结合理论模型发现大量的金属锂能够在三维Ti集流体中的孔洞中发生沉积，这种行为能够消除固态电解质-电极界面的衰退并有效抑制锂枝晶的生长。该项研究表明设计有效的三维框架结构的负极不仅可以承受锂沉积过程中的大体积膨胀，而且可以调控锂沉积行为。
Quan Li, Tianjing Liang, Hong Li, Howard Wang et al, In-situ visualization of lithium plating in all-solid-state lithium-metal battery, Nano Energy, 2019
DOI: 10.1016/j.nanoen.2019.103895
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285519306020?dgcid=rss_sd_all#!
20190711 Nature Catal.：固体氧化物燃料电池的进展和前景
由于固体氧化物燃料电池（SOFC）其高温和脆性陶瓷组件，似乎不太适合运输应用的电源。 然而，近年来，材料和电池设计的进步已经开始缓解这些问题。近日，帝国理工学院Paul Boldrin研究团队回顾了这些进展，讨论需要改进的领域以实现全面的商业突破以及催化剂如何协助这些领域。 研究人员将使用寿命、退化、燃料灵活性，效率和功率密度确定为SOFC改进的关键方面。 并认为催化领域的专业知识，从表面科学和计算材料设计，到改进催化剂和重整器设计，都有助于实现这一目标。
Boldrin, P. et al. Progress and outlook for solid oxide fuel cells for transportation applications. Nature Catalysis 2019.
DOI:10.1038/s41929-019-0310-y
