1. Chem. Rev.综述：钙电池的成就，挑战和前景

高效且随时可用的能量存储对于帮助解决现代社会当今面临的一些挑战至关重要：空气污染，石油依赖和气候变化等。电化学能量存储被认为是一项关键技术，而流行的锂离子电池（LIB）技术使我们的便携式电子设备成为可能。并且这项技术还提供了短期解决方案，可实现更具可持续性的运输，同时减少对环境的影响，并为太阳能和风能等可再生能源提供固定式能量存储。然而，锂电池同时包含镍和钴，并且会出现供应不足或价格大幅上涨的风险。相比之下，钙是地壳中含量第五高的元素，无毒，钙电池也极具应用潜力。

近日，巴塞罗那材料研究所M. RosaPalacín团队报道了一篇关于钙电池技术的综述，全面讨论了钙电池技术当前面临的挑战。要实现可再充电Ca电池技术，首先需要识别和开发合适的电极和电解质，并实现在金属-阳极界面处钙的可逆镀覆和剥离等。这篇综述对可再充电钙电池的要求和目前的电解质和电极进行了全面分析，并最终提出一些方案以解决这些问题。

M. Elena Arroyo-de Dompablo, Alexandre Ponrouch, Patrik Johansson, M. Rosa Palacín. Achievements, Challenges, and Prospects of Calcium Batteries. Chem. Rev., 2019.

DOI：10.1021/acs.chemrev.9b00339

https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.9b00339

2. Science Advances: 受保护LiAl合金用作锂金属负极助力高效可逆氧化还原电化学

使用金属负极的可充电池无论在科学上还是技术上都备受关注。但是，在金属性负极表面存在的复杂组分、难以确认的形貌、异质化学结构以及不可预测的界面机理等严重限制了其实际应用。在本文中，韩国科技研究所的Won Il Cho和美国康奈尔大学的Archer等人通过对LiAl电极在实际电化学条件下的实验分析和理论计算结果相结合设计出了负极结构和界面组分已知的合金负极。他们比较了合金负极的相行为、锂结合能以及原子迁移的活化能等参数并研究了其对电化学可逆性的影响。

为了说明该发现结果的实际应用潜能，他们将受Langmuir-Blodgett MoS2界面保护的LiAl合金负极与面容量为4.1 mAh/cm²的NCM811正极匹配组装了全电池。该研究结果表明受保护的LiAl合金负极能够表现出良好的电化学可逆性并在电池充放电过程中支持稳定的锂迁移。

Mun Sek Kim, Lynden A. Archer, Won Il Cho et al, Enabling reversible redox reactions in electrochemical cells using protected LiAl intermetallics as lithium metal anodes, Science Advances, 2019

DOI: 10.1126/sciadv.aax5587

https://advances.sciencemag.org/content/5/10/eaax5587?rss=1

3. Angew: 溶剂动力学助力超低温高功率双石墨电池

改善可充电池在低温条件下的电化学性能对于电子器件在极端条件下的稳定工作十分关键，尤其是在低温条件下能够高倍率放电的储能系统十分短缺。在本文中，美国加利福尼亚大学圣地亚哥分校的Zheng Chen等报道了一种基于整体设计的双石墨电池，这种电池规避了传统锂离子电池在放电过程中普遍存在的缓慢缓慢的离子去溶剂化过程。

这种双石墨电池采用了全新的2 M LiPF₆/丙酸甲酯电解液，这种电解液在低温条件下同时具有高离子电导率和电化学稳定性。与工业化的LiCoO₂-石墨电池相比，该双石墨电池在-60℃下的放电倍率提升了11倍！这得益于双离子储存机制的优越动力学特征。研究人员通过恒电流滴定法（GITT）和交流阻抗测试（EIS）证实了上述动力学机制。该工作为设计超低温电池提供了一种全新的策略。

John Holoubek, Zheng Chen et al, Exploiting Mechanistic Solvation Kinetics for Dual‐Graphite Batteries with High Power Output at Extremely Low Temperature, Angewandte Chemie International Edition, 2019

DOI: 10.1002/anie.201912167

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201912167?af=R

4. Angew: 新型高功率NASICON型高压钠离子电池正极材料的研究

 钠离子电池正极材料一直是限制其在大规模储能领域实际应用的关键因素。在本文中，澳大利亚卧龙岗大学的侴术雷教授团队报道了一种具有电压高达4V的新型立方对称结构的NASICON型钠离子电池正极材料—Na₃V(PO₄)₃N。他们利用N掺杂的氧化石墨烯在该材料表面实现了均匀的碳包覆层，使得该正极材料表现出优异的倍率性能和循环稳定性。

这种石墨烯- Na₃V(PO₄)₃N复合材料的空气稳定性、水稳定性以及在不同气候条件下的稳定性都得到了验证。作者采用同步辐射原位X射线衍射发现在充放电过程中该材料晶格几乎不发生体积变化。X射线原位吸收光谱揭示了充放电过程中可逆的V^3.2+/V^4.2+的氧化还原反应。在Na₃V(PO₄)₃N材料的主体晶格中，Na⁺通过三维路径以较低的能垒进行快速可逆脱嵌。。我们的综合结果表明，这种新型的NASICON型Na₃V(PO₄)₃N复合材料在未来钠离子电池发展中将十分具有竞争力。

Mingzhe Chen, Weibo Hua, Shulei Chou et al, Understanding a New NASICON-Type High Voltage Cathode Material for High-Power Sodium-Ion Batteries, Angewandte Chemie International Edition, 2019

DOI: 10.1002/ange.201912964

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/ange.201912964

5. Acc. Chem. Res.: 锂金属负极中的枝晶—抑制、调控与消除

随着便携式电子产品和大型储能系统的日益多样化，传统的以石墨作为负极的锂离子电池（libs）已接近其能量密度的理论极限。金属锂负极凭借其超高的理论比容量和最低的氧化还原电势而备受瞩目。然而，不受控的枝晶生长这一臭名昭著的问题严重阻碍了金属锂负极的实际应用。枝晶的生长使锂金属的表面积增大，导致电解液和活性物质的持续损耗，使得电池暴露在起火甚至爆炸等安全风险中。尤其是当电池在大电流下进行长期循环时，其安全形势更加严峻。因此，抑制甚至消除锂沉积与剥离过程中枝晶的生长已迫在眉睫。

在本文中，天津大学的Jiayan Luo等从界面能和体相应力的角度入手，着重介绍了近年来抑制枝晶、调节枝晶和消除枝晶的几种策略。首先，作者回顾了锂金属负极枝晶形成和生长的基本机制。从理论上讲，通过均化电场分布、降低锂离子浓度梯度和促进机械阻塞等方法可以显著改善枝晶形貌。因此，作者介绍了将将二维材料应用于锂金属电池的典型案例。这种方法能够通过应力释放和机械阻塞防止枝晶穿透，从而达到抑制枝晶生长的目的。然而值得注意的是，锂枝晶的生长是一个连续的过程而且会随着电流密度和循环时间的增加而加剧。作者认为，枝晶生长无法从根本上进行抑制而需要对其生长行为进行调控。枝晶调控是指允许枝晶生长，但采取措施将其转化为具有光滑形貌的锂。文章主要介绍了诱导成核和控制生长途径等两种调控策略。解决锂金属负极枝晶生长的难题，可以为金属锂负极的实际应用扫清障碍。

Xinyue Zhang, Jiayan Luo et al, Dendrites in Lithium Metal Anodes: Suppression, Regulation, and Elimination, Acc. Chem. Res.,2019

DOI: 10.1021/acs.accounts.9b00437

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.accounts.9b00437

6. AM综述：全固态锂电池的电化学和结构分析：进展和观点

近年来，先进的扫描透射电子显微镜（STEM）及其相关仪器为全固态（ASS）锂电池的表征做出了重要贡献，因为这些工具可提供有关电极的结构，形态，化学和电子状态的信息，电解质及其在纳米和原子尺度上的界面等。此外，原位技术的迅速发展使人们对循环过程中的界面动力学行为和异质特性有了更深入的了解。然而，由于轻质相（例如Li和O）在光束中的光束敏感特性，在不破坏光束的情况下以超高空间分辨率对界面结构和化学进行彻底而可靠的研究仍然是一个巨大的挑战。

针对这些问题，南京大学王鹏教授团队报道了一篇全固态锂电池的电化学和结构分析的综述，文中主要讨论了以下几点：（1）研究ASS锂电池系统中存在的基本问题，以及异地/原位TEM与光谱技术的结合如何对其进行表征分析，同时为改善电池性能提供了方向；（2）讨论当前TEM表征技术在探索这些问题方面的局限性；（3）就如何利用最新技术进一步开发TEM提出了观点，以便可以将其有效地用于研究ASS锂电池的材料和界面。

Chunchen Zhang, Yuzhang Feng, Zhen Han, Si Gao, Meiyu Wang, Peng Wang. Electrochemical and Structural Analysis in All‐Solid‐State Lithium Batteries by Analytical Electron Microscopy: Progress and Perspectives. Adv. Mater., 2019.

DOI：10.1002/adma.201903747

https://doi.org/10.1002/adma.201903747

7. ACS Energy Lett.综述: 用固态聚合物电解质克服5 V尖晶石LiNi_0.5Mn_1.5O₄正极的挑战

具有高能量密度，高热稳定性和电化学稳定性，良好的操作安全性，低成本和良好的倍率性能的高压尖晶石型锰氧化物LiNi0.5Mn1.5O4（LNMO）已被公认为动力电池的候选者。尽管有这些优点，但不合格的电解质仍然是基于LNMO锂离子电池（LIB）大规模生产的一大障碍。为了解决这一障碍，到目前为止，固态聚合物电解质（SPE）已被越来越多地视为有希望的替代物。

中科院青岛生物能源所崔光磊和烟台大学Jinchun Chen等人讨论了SPE与LNMO正极耦合的固有优点和要求，然后首次从结构-性能关系的角度系统地回顾SPE的最新进展。最后，还讨论了SPE系统的前景和挑战。这篇综述旨在指导具有高负极稳定性的先进SPE的合理结构设计和未来发展，促进基于LNMO正极高压LIB的实际应用。

Hantao Xu, HuanruiZhang, Jun Ma, Gao jie Xu, Tiantian Dong, Jinchun Chen, Guanglei Cui, Overcoming the challenges of 5 V spinel LiNi0.5Mn1.5O4 cathodes with solid polymer electrolytes, ACS Energy Letters, 2019.

DOI: 10.1021/acsenergylett.9b01871

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsenergylett.9b01871

8. Joule: Li_6.5La₃Zr_1.5Ta_0.5O₁₂与液态电解质之间的界面

一个良好的固体电解质/液体电解质界面对于在金属锂负极在液态电解质中的稳定十分重要。Li_6.5La₃Zr_1.5Ta_0.5O₁₂（LLZTO）石榴石型无机固态电解质是少数几种能够与锂金属实现稳定接触的固态电解质之一并且因此被视为能够实现稳定金属锂负极界面的希望。在本文中，英国牛津大学的Peter G. Bruce与诺丁汉大学的Lee R. Johnson等发现当LLZTO固态电解质与传统的锂离子电池电解液接触时其界面是十分不稳定的。

研究人员以1M LiPF₆ inEC/DMC=1/1 的液态电解液为例进行了研究，发现LLZTO与其接触时的界面阻抗随着时间的推移而逐渐增大。这是因为具有离子电导能力的固态电解质界面，即所谓SEI膜在LLZTO表面不断生长造成的。这种固态电解质界面是由Li₂CO₃、LiF、Li₂O与一些有机碳酸盐组分共同构成。即便在5 mA/cm²的高电流密度下，LLZTO/液态电解质界面上也会出现高达3 V的电压降。而当实用型的厚度为10 um的LLZTO薄膜与金属锂负极发生接触时，只会产生16 mV的电压损失，这不到前者的1%。

Jingyuan Liu, Peter G. Bruce, Lee R. Johnson et al, The Interface between Li6.5La3Zr1.5Ta0.5O12 and Liquid Electrolyte,Joule,2019

DOI: 10.1016/j.joule.2019.10.001

https://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(19)30483-0?rss=yes#

9. Joule: 锂离子电池极速充电的非对称温度调控

极速充电技术(XFC)，比如在短短10分钟内增加200英里的续航里程，是当前锂离子电池电动汽车发展的主流方向。在本文中，宾州州立大学的Chaoyang Wang团队提出了一种不对称温度调制（ATM）方法来实现锂离子电池的极速充电。该方法首先是在60℃的高温条件下对锂离子电池充电以消除金属锂过充产生的锂镀层。

然后再将电池暴露在60℃下的时间限制为每循环仅10分钟，或者说电动汽车寿命的0.1 %，以防止严重的固体电解质界面生长。充放电温度的不对称性为提高充放电过程中的动力学和离子传输性能开辟了一条新的途径。研究人员发现，一个9.5 Ah-170 Wh/kg的电池在不对称温度调控条件下能够保持长达1700周的极速充电（以6C的倍率充电至80%）而容量损失只有20%，而对照组仅能维持60周；一个209Wh/kg的车用动力电池电池在2500个极速充电循环后仍能保持91.7%的容量。

Xiaoguang Yang, Chaoyang Wang et al, Asymmetric Temperature Modulation for Extreme Fast Charging of Lithium-Ion Batteries, Joule, 2019

DOI: 10.1016/j.joule.2019.09.021

https://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(19)30481-7?rss=yes#

10. ACS Energy Letters:人工固态电解质界面抑制水溶液锌离子电池中的表面反应与正极溶解

钒基化合物凭借钒元素的多种化学态以及独特的开放框架结构因而在水溶液锌离子电池中备受瞩目。然而，钒元素在水溶液电解质中的溶解以及在充放电过程中发生的副反应会造成严重的容量衰减并最终导致电池失效。在本文中，斯坦福大学的崔屹教授以及阿卜杜拉国王科技大学的Husam N. Alshareef等利用原子层沉积技术在Zn₃V₂O₇(OH)₂·2H₂O (ZVO)正极表面共型覆盖了一层均匀致密的HfO₂层作为人工固态电解质界面解决了上述问题。

这种惰性的HfO₂界面不仅能够抑制正极上副产物的形成，同时还能够防止正极活性物质在水溶液中发生溶解。因此，这种受保护的HfO₂@ZVO正极相比原始ZVO正极具有更好地循环稳定性，在100 mA/g的电流密度下能够表现出227 mAh/g的可逆比容量且循环100周后保持率高达90%。该方法为提升水溶液锌离子电池正极材料的电化学性能提供了通用的方法。

Jing Guo, Yi Cui, Husam N. Alshareef et al, Artificial Solid Electrolyte Interphase for Suppressing Surface Reactions and Cathode Dissolution in Aqueous Zinc Ion Batteries, ACS Energy Letters, 2019

DOI: 10.1021/acsenergylett.9b02029

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.9b02029

11. Nat. Commun.: 通过化学策略调整锂金属负极的熔融锂润湿性

金属锂具有最高的理论容量和最低的电化学势，被视为高能量密度可充电电池负极的主要竞争者。然而，熔融锂的差润湿性不允许其散布在疏油性基材的表面上，从而阻碍了该负极的生产和应用。

中科院化学所郭玉国课题组报道了通过使熔融锂与功能性有机涂层或元素添加剂反应来克服这一难题的一般化学策略，发现吉布斯形成能和新形成的化学键是润湿行为的决定因素。由于提高了润湿性，因此获得了一系列厚度为10–20μm的超薄锂，并在锂金属电池中具有非常优异的电化学性能。这些发现为调节熔融锂的润湿性提供了方向，并为大规模生产超薄锂提供了可承受的策略，并且可以进一步扩展到其他碱金属，例如钠和钾。

Shu-Hua Wang, Junpei Yue, Wei Dong, Tong-Tong Zuo, Jin-Yi Li, Xiaolong Liu, Xu-Dong Zhang, Lin Liu, Ji-Lei Shi, Ya-Xia Yin, Yu-Guo Guo, Tuning wettability of molten lithium via a chemical strategy for lithium metal anodes, Nature Communications, 2019.

DOI: 10.1038/s41467-019-12938-4

12. Nat. Commun.: 光加速锂离子电池的快速充电！

锂离子电池的一个严重限制是用于获得全部容量的缓慢充电速率。迄今为止，还没有增加能量密度和电化学性能的方法来提高充电速率。阿贡实验室Christopher S. Johnson等人表明，通过与白光的相互作用，正极的充电速率可以显著提高。

研究发现，在充电期间将光直接照射到工作中的LiMn₂O₄正极会导致电池充电时间显著减少两倍或更多。这种增强是通过感应微秒长寿命的电荷分离状态实现的，该状态由Mn⁴⁺（空穴）和电子组成。这导致更多的金属中心被氧化，并且在光和电压偏置下会产生喷射出的锂离子。研究者预计，这一发现将为新型快速充电电池技术的发展铺平道路。

Anna Lee, Márton Vörös, Wesley M. Dose, Jens Niklas, Oleg Poluektov, Richard D. Schaller, Hakim Iddir, Victor A. Maroni, Eungje Lee, Brian Ingram, Larry A. Curtiss, Christopher S. Johnson, Photo-accelerated fast charging of lithium-ion batteries, Nature Communications, 2019.

DOI: 10.1038/s41467-019-12863-6

https://www.nature.com/articles/s41467-019-12863-6

13. Nano Energy: 生物质基硫掺杂碳纳米片材料用作高性能钠离子电池正极

锂离子电池应用越来越贴近百姓生活，但地球上锂资源十分有限，且开采成本高。开发一种替代电池成为各国科学家努力的重要方向。钠资源丰富，开采费用仅为锂的百分之一，因而钠离子电池(SIBs)的研发成为科研人员争相“开垦”的领域。SIBs的性能基本上取决于所采用的电极材料，正极材料是组装全电池的重要一环，其性能优劣对于最终全电池的性能具有决定性的影响，由于插入尺寸较大的钠离子的困难，开发合适的正极材料(AMs)已成为制约SIBs发展的关键问题。

近日，哈尔滨工业大学的于淼教授、Sun Ye和奥尔胡斯大学的Flemming Besenbacher课题组合作以植物生物质为原料，采用简便的溶剂热法制备了具有三维支架结构的硫掺杂碳纳米片材料（S-CNS）。在50 mA/g时，S-CNS具有高达605 mAh/g的可逆容量在10 mA/g时具有高达133 mAh/g的高倍率性能，在5 A/g时具有长期的循环稳定性(2000次循环后∼94%的保留率)，这些性能是目前为止基于从生物质基掺杂碳AMs的最佳结果之一。此外，这种电化学性能良好的S掺杂碳材料可以很容易地从各种植物废料中制备得到。这项工作为利用生物质和硫混合物制备高性能AMs提供了一个通用的策略，有利于进一步促进钠离子电池的实际应用。

Gongyuan Zhao, Dengfeng Yu, Hong Zhang, Feifei Sun, Jiwei Li, Lin Zhu, Lei Sun, Miao Yu, Flemming Besenbacher, Ye Sun. Sulphur-doped carbon nanosheets derived from biomass as high-performance anode materials for sodium-ion batteries. Nano Energy, 2019.

DOI: 10.1016/j.nanoen.2019.104219

https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2019.104219

14. Nat. Commun.: 导电二维MOF作为水系锌电池的高性能正极

当前，就倍率性能，成本和安全性而言，可充电水系锌电池是锂离子电池的有前途的替代品。美国西北大学J. Fraser Stoddart团队采用具有较大一维通道的二维（2D）导电MOF Cu₃(HHTP)₂作为锌电池正极。

由于其独特的结构，直接插入主体结构Cu₃(HHTP)₂的水合Zn²⁺离子具有较高的扩散速率和较低的界面电阻，使Cu₃(HHTP)₂正极能够遵循插层赝电容机制。Cu₃(HHTP)₂在50 mA g^-1时具有228 mAh g^-1的高可逆容量。在4000 mA g-1（〜18 C）的高电流密度下，经过500次循环后，可保持75.0％的初始容量。

Kwan Woo Nam, Sarah S. Park, Roberto dos Reis, Vinayak P. Dravid, Heejin Kim, Chad A. Mirkin, J. Fraser Stoddart, Conductive 2D metal-organic framework for high-performance cathodes in aqueous rechargeable zinc batteries, Nature Communications, 2019.

DOI: 10.1038/s41467-019-12857-4

https://www.nature.com/articles/s41467-019-12857-4

15. Science: 电池负极中的可逆金属外延电沉积

金属在液-固界面上形成不规则和非平面电沉积层的倾向已经严重阻碍了金属作为二次电池负极材料的实际应用。在本文中，康奈尔大学的Lynden A. Archer等报道了一种外延机制来调控金属负极的成核与可逆生长。作者定义了金属可逆外延电沉积金属的晶体学、表面织构和电化学等标准，并证明了金属锌（Zn）是一种安全、低成本、高能量的电池负极材料。

他们发现石墨烯具有较低的晶格失配度，可以有效地驱动金属锌在固定晶相取向上发生电沉积。这样得到的外延金属锌负极在中高倍率下循环数千周都还保持良好的电化学可逆性。该工作表明金属的可逆外延电化学沉积为高可逆性的高能量密度电池的发函提供了一条通用的途径。

Jingxu Zheng, Qing Zhao, Lynden A. Archer et al, Reversible epitaxial electrodeposition of metals in battery anodes, Science, 2019

DOI: 10.1126/science.aax6873

https://science.sciencemag.org/content/366/6465/645?rss=1

16. Nano Energy: 导电介孔碳基体包覆多孔氮掺米碳纳米颗粒复合电极材料实现高能量与功率密度兼得

实现高能量密度与高功率密度相结合的电化学储能装置仍是一个巨大的挑战，即在同一种电极材料上同时提供高的金属存储容量和速率能力仍然是很困难的。鉴于此，德国马普胶体与界面化学所的Martin Oschatz和Runyu Yan等通过将富含氮的纳米碳纳米颗粒嵌入导电介孔碳基体中，设计制备了一种新型的电极材料，它可以在不同的相内解耦合金属存储和电子传输，从而一定程度上解决了能量密度和功率密度难以兼得的难题，该复合材料具有优异的储钠性能，在0.1 A/g时的可逆容量为343 mAh/g，在20 A/g时的容量保留率为124 mAh/g。该工作表明通过设计适当的纳米复合材料可以满足高能量密度和功率密度兼得的要求，这为解决当前电化学储能装置中看似矛盾的能量/功率密度要求提供了一种新的思路。

Runyu Yan, Karen Leus, Jan P. Hofmann, Markus Antonietti, Martin Oschatz. Porous nitrogen-doped carbon/carbon nanocomposite electrodes enable sodium ion capacitors with high capacity and rate capability. Nano Energy, 2019.

DOI: 10.1016/j.nanoen.2019.104240

https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2019.104240

17. Nat. Commun.: 亲Li的蒙脱石用作锂离子库助力均匀锂沉积

对具有更高能量密度的锂电池的不断增长的需求需要新的电极化学。锂金属由于其高的理论比容量，负的电化学势和有利的密度而有望用作阳极材料。但是，在循环过程中，阳极表面上较低且不均匀的锂离子浓度通常会导致不受控制的枝晶生长，特别是在高电流密度下。苏州大学晏成林、电子科技大学Jie Xiong、湘潭大学Min Liao等人通过使用亲Li的蒙脱石作为醚基电解质中的添加剂来调节阳极表面上的锂离子浓度，从而促进均匀的锂沉积。

亲Li性蒙脱土具有泵送功能，可改善锂离子的自浓缩动力学，从而加速锂离子在沉积/电解质界面的转移。TFSI^-的信号强度通过在电化学界面上离子通量的原位拉曼跟踪显示出微小的变化，表明离子分布均匀，这可以促进在阳极表面稳定而均匀地沉积锂。该研究表明，由亲Li基蒙脱石引发的界面工程可能是优化下一代锂金属电池锂沉积有前途的策略。

Wei Chen, Yin Hu, Weiqiang Lv, Tianyu Lei, Xianfu Wang, Zhenghan Li, Miao Zhang, Jianwen Huang, Xinchuan Du, Yichao Yan, Weidong He, Chen Liu, Min Liao, Wanli Zhang, Jie Xiong, Chenglin Yan, Lithiophilic montmorillonite serves as lithium ion reservoir to facilitate uniform lithium deposition, Nature Communications ,2019.

DOI: 10.1038/s41467-019-12952-6

https://www.nature.com/articles/s41467-019-12952-6

18. Nat. Commun.: 结构水和无序结构助力基于水钠锰矿的水系钠离子电池

水钠锰矿是一种低成本，环保的水系电化学储能层状材料。然而，由于其在水系电解质中小的窗口和低氧化还原活性，其储存能力很差。新罕布什尔大学Xiaowei Teng等人报道了用于钠离子水溶液电化学存储的富含钠的无序水钠锰矿（Na_0.27MnO₂），其容量和循环寿命大大提高（全电池中循环5000次后有83 mAh g^-1）。

中子总散射和原位X射线衍射测量表明，结构水和富含Na的无序结构都有助于改善当前正极材料的电化学性能。特别是在高电势充电过程期间，水合水和钠离子的共脱嵌导致层间距离的缩小，从而稳定了层状结构。该结果为无序结构和结构水如何改善层状电极中的钠离子存储提供了真正的认识，并为改善水性电池打开了方向。

Xiaoqiang Shan, Fenghua Guo, Daniel S. Charles, Zachary Lebens-Higgins, Sara Abdel Razek, Jinpeng Wu, Wenqian Xu, Wanli Yang, Katharine L. Page, Joerg C. Neuefeind, Mikhail Feygenson, Louis F. J. Piper, Xiaowei Teng, Structural water and disordered structure promote aqueous sodium-ion energy storage in sodium-birnessite, Nature Communications ,2019.

DOI: 10.1038/s41467-019-12939-3

https://www.nature.com/articles/s41467-019-12939-3

19. Angew: 化学取代法制备具有反常层状-隧道异质结构的钠离子电池氧化物正极材料

 近年来，日益增长的储能需求驱动了以过渡金属氧化物为正极的室温可充钠离子电池的发展。在本文中，四川大学的Xiaodong Guo等通过化学元素取代的方法制备了一种具有反常的层状-隧道异质结构的Na_0.44Co_0.9Mn_0.1O₂正极材料。得益于层状结构和隧道结构的协同效应，这种氧化物正极在半电池表现出优良的电化学性能，而且在全电池中与硬碳负极也表现出良好的电化学相容性。

作者通过原位高能X射线衍射和X射线吸收光谱等手段证实了其充放电过程中潜在的电荷补偿机制和相变过程。这种独特的晶体结构调控策略为发展具有优异性能的钠离子电池正极材料开辟了一条崭新的道路。

Yao Xiao, Xiangdong Guo et al, Deciphering Abnormal Layered-Tunnel Heterostructure Induced via Chemical Substitution for Sodium Oxide Cathode, Angewandte Chemie International Edtion, 2019

DOI: 10.1002/anie.201912101

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/anie.201912101

20. Nano Energy: 界面吸附工程助力高性能锂金属负极

抑制锂枝晶在碳酸酯电解液中的生长是开发高压锂金属电池的重大挑战。界面层与金属锂之间的吸附作用在控制锂生长中的作用常常被忽略。在本文中，美国哥伦比亚大学的Yuan Yang和清华大学的Yuanhua Lin等通过相场模拟发现吸附能对锂枝晶的生长有着重大影响，并且他们通过DFT计算发现LiAl界面层与金属锂负极之间有着强烈的吸附作用。

研究人员基于上述理论研究结果，通过简单的溶液方法在金属锂负极表面构筑了一层共型的LiAl纳米结构界面层。在这种界面层的作用下，Li/Li对称电池能够在5 mA/cm²的电流密度下保持较低的极化（170 mV）超过1100周。对于全电池体系来说，LiAl合金界面层将Li/NCM111全电池在1C下循环120周的容量保持率从59.8%提高至88.7%。该研究为开发高压高比能锂金属电池提供了新的理论与方法。

Bingqing Xu, Yuanhua Lin, Yuan Yang et al, Engineering Interfacial Adhesion for High-performance Lithium Metal Anode, Nano Energy, 2019

DOI: 10.1016/j.nanoen.2019.104242

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285519309498?dgcid=rss_sd_all#!

21. ACS NANO: Cu₁₅Si₄纳米线作为非晶Si沉积的基质助力高容量锂离子电池负极

利默里克大学Kevin M. Ryan等人把金属铜基板上高密度生长的硅化铜（Cu₁₅Si₄）纳米线（NWs）用作非晶硅（aSi）沉积的纳米结构支架，与平面基板相比，导电性Cu₁₅Si₄ NW支架可提供更大的表面积，并能够制备由纳米结构活性材料组成的高容量锂离子负极。

形成方法涉及两步过程，其中通过溶剂气相生长（SVG）方法从Cu基板合成Cu₁₅Si₄纳米线，然后进行aSi的等离子体增强化学气相沉积（PECVD）。对最终无粘结剂的材料进行半电池和全电池（对于LCO）研究，半电池中，200个循环后放电容量大于2000 mAh g^-1。在5C下的半电池和全电池分别高达1367 mAh g^-1和1520 mAh g^-1的容量。

Killian Stokes, Hugh Geaney, Martin Sheehan, Dana Borsa, Kevin M. Ryan, Copper Silicide Nanowires as Hosts for Amorphous Si Deposition as a Route to Produce High Capacity Lithium-ion Battery Anodes, ACS Nano, 2019.

DOI: 10.1021/acs.nanolett.9b03664

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.9b03664

22. ACS Energy Lett.: 亲锂的3D多孔CuZn集流体稳定锂沉积助力锂金属电池

在电池充电和放电过程中，由于锂沉积不均匀而形成的锂枝晶限制了锂金属作为负极材料的潜在用途。浙江工业大学Yiping Tang和阿贡国家实验室陆俊等人报道了一种新型的亲锂3D多孔CuZn集流体的合成，该材料可减轻枝晶形成并实现锂负极的高稳定性。

计算和原位实验表明，与常见的Cu金属集流体相反，在市售黄铜中发现的铜锌（CuZn）合金具有亲锂性，并促进了均匀的Li沉积。应用简便的脱合金方法可在黄铜板上提供足够的锂沉积和体积膨胀空间，发现在这些3D多孔CuZn集流体的框架中残留的CuZn合金诱导均匀的Li沉积并稳定Li枝晶的生长。最佳的集流体是在脱合金2小时（2h-3D CuZn）之后发生的，并在0.5 mA cm^-2下1000 h内平稳运行，并在高电流密度下具有改进的库仑效率。

Duo Zhang, Duo Zhang, Alvin Dai, Min Wu, Kang Shen, Teng Xiao, Guangya Hou, Jun Lu, Yiping Tang, Lithiophilic 3D Porous CuZn Current Collector for Stable Lithium-Metal Batteries, ACS Energy Letters, 2019.

DOI: 10.1021/acsenergylett.9b01987

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsenergylett.9b01987

23. ACS Energy Lett.: 揭示常规层状氧化物正极中的阳离子和阴离子氧化还原反应

人们对高能锂离子电池的兴趣日益浓厚，引发了在高电位运行期间明晰电池正极反应机理的需求。但是，反应机理通常涉及过渡金属和氧的活性，这些活性仍然难以捉摸。劳伦斯伯克利国家实验室Wei Tong和杨万里等人对LiNiO₂几乎完全脱锂的阳离子和阴离子氧化还原机理进行全面研究。

选择纯LiNiO₂消除了多种过渡金属的复杂性。使用组合的X射线吸收光谱法，共振非弹性X射线散射法和操作差分电化学质谱法，弄清了主体和表面的过渡金属的氧化还原反应，可逆的晶格氧氧化还原以及不可逆的氧释放与表面反应。这些发现将引起人们对层状氧化物中不同类型的氧活度和金属-氧相互作用的关注，这对于提高高容量和长循环性能的富镍层状氧化物正极的发展至关重要。

Ning Li, Shawn Sallis, Joseph K. Papp, James Wei, Bryan D. McCloskey, Wanli Yang, Wei Tong, Unraveling the Cationic and Anionic Redox Reactions in Conventional Layered Oxide Cathode, ACS Energy Letters, 2019.

DOI:10.1021/acsenergylett.9b02147

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsenergylett.9b02147

24. Angew: 共轭邻苯二酸铜骨架电极用于超级电容器

天津大学陈龙和上海科技大学Yanhang Ma等人在铜-双（二羟基）配位几何结构中使用D2对称的氧化还原-活性配体，制备了一种新的基于共轭儿茶酸铜（II）的金属有机骨架（即Cu-DBC）。π-d共轭骨架表现出典型的半导体行为，在室温下具有约1.0 S m-1的高电导率。

得益于良好电导率和出色的氧化还原可逆性，Cu-DBC电极具有优异的电容器性能，在0.2 A g^-1的放电速率下，质量电容高达479 F g^-1。此外，Cu-DBC的对称固态超级电容器具有高面积电容（879 mF cm^-2）和体积电容（22 F cm^-3），以及良好的倍率能力。

Jingjuan Liu, Yi Zhou, Zhen Xie, Yang Li, Yunpeng Liu, Jie Sun, Yanhang Ma, Osamu Terasaki, Long Chen, Conjugated Copper‐Catecholate Framework Electrodes for Efficient Energy Storage, Angewandte Chemie International Edition, 2019.

DOI: 10.1002/anie.201912642

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201912642

25. EnSM: 具有超长循环寿命和超平电压平台的中性Ag-Zn电池

一个多世纪以来，碱性银锌电池一直存在循环稳定性差的问题，但是一直到目前为止一直缺乏全面的改进方案。在本文中，香港城市大学的支春义教授团队报道了一种与传统碱性条件不同的中性Ag-Zn电池，这种电池能够同时解决正极溶解问题和负极枝晶生长。

该电池以电池负离子卤化物作为正极充电反应的载流子，使两相转变过程具有超平坦的放电电压平台。与传统的碱性银锌电池（小于100次）相比，该电池的循环寿命史无前例地延长至1300次。该工作不仅解决了Ag-Zn电池的长期循环稳定性问题，而且可以作为一个模型系统将温和的电解质和阴离子充电载体引入到其它水性电池系统中以提高电池的性能。

Guojin Liang, Chunyi Zhi et al, Commencing mild Ag-Zn batteries with long-term stability and ultra-flat voltage platform, Energy Storage Matrials, 2019

DOI: 10.1016/j.ensm.2019.10.028

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S240582971931030X?dgcid=rss_sd_all#!

26. Nano Energy: 原位探测多孔电极中的离子传输与电子传导

采用厚而致密的电极能够有效提升电池的能量密度。然而，在厚电极中离子和电子的传输会受到一定程度的阻碍，这又会反过来降低电极的可用容量进而限制电池的能量密度。因此，要想发展基于厚电极的高比能电池就必须对其内部的离子电子传输进行更加深入的认识。但是，到目前为止还没有实验手段能够对充放电过程中电极内部载流子传输的动力学过程进行表征。

在本文中，马里兰大学的王春生教授团队利用三电极体系首次对厚多孔电极中离子和电子传输造成的电压降进行了测量。他们的测量结果表明，多孔厚电极在高倍率下的容量损失与离子和电子输运电位降都有很大关系。离子和电子输运引起的电位下降会影响电极中活性物质的化学势，而且不同活性物质的容量损失对电极中的离子和电子缺陷表现出不同的敏感性。

Singyuk Hou, Chunsheng Wang et al, Operando Probing Ion and Electron Transport in Porous Electrodes, Nano Energy, 2019

DOI: 10.1016/j.nanoen.2019.104254

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285519309619?dgcid=rss_sd_all

27. ACS Energy Letters: 非连续亚纳米Pd膜保护碳电极缺陷提高Li–O₂循环稳定性

非质子型Li-O₂电池具有高于锂离子电池5-10倍的理论能量密度（3600 Wh/kg）。基于特色的“呼吸”型工作方式和极高的储能能力，非质子型Li-O₂电池被誉为电动汽车乃至整个储能领域的有力接班人之一。然而，高的充电过电位和较差的循环稳定性导致了较差的往返效率和电池故障，限制了锂-氧(Li-O₂)电池的实际应用。许多类型的电催化剂已被探索用于促进析氧反应(OER)，然而，即使使用了催化剂，由于碳电极(尤其是缺陷)容易发生副反应，仍然很难达到稳定的运行。为了获得较高的稳定性和循环效率，需要合理设计OER催化剂和稳定的碳电极。

近日，南京工业大学霍峰蔚教授和美国阿贡国家实验室Khalil Amine和陆俊研究员采用湿法浸渍化学方法，在碳表面形成一层薄薄的钯纳米粒子，这种在碳缺陷部位的涂覆催化剂涂层的策略在很大程度上抑制了碳电极的副反应，同时，钯膜作为电催化剂，降低了OER反应的过电位，这种新颖的设计显著提高了电池的整体效率，延长了锂氧电池的循环寿命。

Tao Zhang, Binghua Zou, Xuanxuan Bi, Matthew Li, Jianguo Wen, Fengwei Huo, Khalil Amine, Jun Lu. Selective Growth of a Discontinuous Subnanometer Pd Film on Carbon Defects for Li–O₂ Batteries. ACS Energy Letters, 2019.

DOI: 10.1021/acsenergylett.9b02202

http://doi.org/10.1021/acsenergylett.9b02202

28. EnSM: 具有可调控正电荷网络的非对称正极薄膜助力高稳定性Li-S电池

硫载量高于4 mg/cm²的自支撑正极对于锂硫电池的实际应用十分关键。然而，在厚电极中锂离子的扩散动力学十分缓慢而且多硫化物的穿梭效应也很严重，这会进一步导致电池容量下降和倍率性能不佳。在本文中，华为公司的Yangxing Li和阿卜杜拉国王科技大学的Zhiping Lai等采用简单的相分离手段并结合阳离子交联策略制备了一种具有可调正电荷网络的锂硫电池正极薄膜。

这种具有高比表面的柔性正极薄膜具有梯度分布的孔结构，其表面的筛选层负载在一个较厚的多孔基底上。这样的双层硫宿主能够有效抑制锂硫电池中多硫化物的穿梭效应。同时，后续交联过程形成的正电荷网络能够有效吸附电解液中的S_n^2-阴离子并显著改善离子传输动力学。研究人员还通过进一步调整阳离子网络加快了氧化还原反应动力学。因此，即便在高达9.1 mg/cm²的高硫载量条件下这种正极薄膜也能够在长期循环过程中实现高达8.1 mAh/cm²的高容量。

Dong Guo, Yangxing Li, Zhiping Lai et al, Asymmetric Cathode Membrane with Tunable Positive Charge Networks for Highly Stable Li–S Batteries, Energy Storage Materials, 2019

DOI: 10.1016/j.ensm.2019.11.002

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2405829719310372?dgcid=rss_sd_all#!

29. AEM: 石墨烯支撑的MoN双功能界面层助力高性能Li-S电池

合理设计多硫化物的屏障对于实现高性能Li-S电池来说至关重要。在之前的研究中，很多具有吸附性的材料被用做吸附剂界面层来消除多硫化物的穿梭效应。然而，Li₂S很容易在界面层上发生氧化从而导致活性物质的损失并阻塞离子传导。在本文中，哈工大的Lishuang Fan和Naiqing Zhang等在隔膜与C-S复合电极之间设计了一层由MoN和石墨烯构成的界面层。这种界面层不仅能够通过形成Mo-S键来锚定多硫化物而且还能够加速Li₂S的分解。

研究人员对其促进Li₂S分解的机理进行了研究，发现这种界面层首先经过之前报道过的共价活化机制来催化Li-S键的裂解，然后再促进新生成的Li⁺的迁移。因此，应用了这种双功能界面层的C-S复合正极在长达1500周的循环过程中平均每周容量衰减只有0.023%且电压极化都没发生太大变化。该工作的材料和策略在不损害正极性能的情况下为发展多硫化物抑制界面层打开了一扇新的大门。

Da Tian, Lishuang Fan, Naiqing Zhang et al, MoN Supported on Graphene as a Bifunctional Interlayer for Advanced Li‐S Batteries, Advanced Energy Materials, 2019

DOI: 10.1002/aenm.201901940

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aenm.201901940?af=R

30. AM: 珍珠赋予灵感！珍珠仿生隔膜涂层实现耐冲击锂离子电池！

目前产业界通常在微孔聚烯烃隔膜上涂覆陶瓷纳米颗粒以提高隔膜强度。然而，由于陶瓷纳米颗粒在本质上也是易碎的，这种方法在外界冲击下仍然存在这隔膜破裂导致短路的风险。在本文中，中国科学技术大学的Yong Ni, Hongbin Yao 和俞书宏等从珍珠中受到启发，发展了一种类珍珠隔膜涂层来提高锂离子电池的耐冲击性。

与传统无机涂层中随机排布的陶瓷纳米结构层不同，这种具有高离子电导性的多孔涂层由有序排布的珍珠文石板片构成。这种类珍珠涂层可以通过将剧烈的局部应力转化为文石片滑动导致的较低且更均匀的应力来维持外部冲击。应用这种涂层的软包锂离子电池在外部冲击下表现出良好的循环稳定性，这与使用商用陶瓷纳米颗粒涂层隔膜的软包锂电池的快速短路形成鲜明对比。

Yonghui Song, Yong Ni, Hongbin Yao, Shuhong Yu et al, A Nacre‐Inspired Separator Coating for Impact‐Tolerant Lithium Batteries, Advanced Materials, 2019

DOI: 10.1002/adma.201905711

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201905711?af=R

31. ACS Energy Letters: 锂离子在超浓LiPF₆/LiBF₄-PC(碳酸丙烯酯)电解液中的运输

锂离子电池用超浓电解液在克服传统低浓度碳酸酯电解液某些局限性的同时，也带来了诸如电导率下降等新挑战。在本文中，加利福尼亚大学的Kristin A. Persson等采用分子动力学模拟并结合扩散和停留时间分析等手段研究了在浓度为1-3M的碳酸丙烯酯电解液中电解质盐LiPF₆和LiBF₄的主要传输模式。

他们发现，在所研究的所有浓度下由于周围碳酸丙烯酯溶剂化层的存在， Li⁺扩散模式是机动扩散和结构扩散的混合，并且在超浓状态下结构扩散所占比重有少许增加。此外，研究人员发现，随着盐浓度的增加，与PF₆^-阴离子相关联的Li⁺离子以越来越机动的方式移动，而与BF₄^-阴离子相关联的Li⁺离子以越来越结构化的方式移动。

Julian Self, Kristin A. Persson et al, Transport in Superconcentrated LiPF6 and LiBF4/Propylene Carbonate Electrolytes, ACS Energy Letters, 2019

DOI：10.1021/acsenergylett.9b02118

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.9b02118

32. EnSM综述：双离子电池—一类新兴的可替代充电电池

近年来，基于不同化学成分组合的双离子电池（DIB）作为一类新兴的储能系统而备受关注。传统的DIB采用石墨作为电极，有机溶剂和锂盐的组合作为电解质。这种电池构造具有高工作电压（>4.5V vs.Li/Li⁺）、潜在的高能量密度、高安全性和低成本等不可比拟的优势。

但是，同时也存在着插层型石墨电极容量有限、大阴离子插层危及循环稳定性、溶剂共嵌入和高压下电解质分解等问题。在本文中，作者对近年来双离子电池的研究进展进行了概括总结，并重点指出目前正、负电极和电解液的研究中存在的挑战。

Yiming Sui, Guozhong Cao et al, Dual-Ion Batteries: the emerging alternative rechargeable batteries, Energy Storage Materials, 2019

DOI: 10.1016/j.ensm.2019.11.003

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2405829719310384?dgcid=rss_sd_all#!

33. Nano Letters: 天然空隙空间实现硅基负极最大体积容量

体积能量密度被视为发展新一代高比能电池的关键因素之一。虽然体积能量密度这一指标如此重要，但有关提升体积能量密度的工作还比较少。硅基材料凭借其高理论比容量而被视为新一代锂离子电池的负极材料。然而，硅基负极在电化学循环过程中巨大的体积膨胀限制了其体积比容量的提升，这也成为发展高载量硅基负极的瓶颈。在本文中，韩国蔚山科技研究所的Jungki Ryu和Hyun-Wook Lee等利用多孔硅模板中的天然内部孔隙有效缓解了重复充放电过程中的体积膨胀。

由于原位透射电子显微镜分析可以精确测定硅的膨胀率因此为寻找硅/石墨复合材料的最佳含量提供了分析模型。他们发现天然空隙中的硅的内孔有效容纳了体积膨胀，使硅的负载量可以突破传统的13-14%而高达42%。因此，该工作所设计的硅负极可以提供978mAh/cm³的容量。这种利用天然丰富的模板辅助材料抑制体积膨胀的策略为高容量电池的高性价比制造开辟了新的途径。

Su Jeong Yeom, Junki Ryu, Hyun-Wook Lee et al, Native Void Space for Maximum Volumetric Capacity in Silicon-Based Anodes, Nano Letters, 2019

DOI: 10.1021/acs.nanolett.9b03583

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.9b03583

34. Nano Energy: 条条大路通罗马—不同堆积方式SnS₂的钠化

二维材料的结构对称性变化对其与碱金属离子的反应过程和动力学有重要影响。在本文中，上海大学的Qianqian Li与燕山大学的Hongtao Wang等以不同结构对称性的SnS₂为研究对象，采用原位透射电子显微镜和X射线光电子能谱技术并结合第一性原理计算对钠离子电池中的相转变途径和离子扩散进行了比较研究。

他们发现当钠离子完全占据所有Oh位后不同堆积方式的SnS₂表现出不同的中间相：三方相SnS₂为AA1 NaSnS₂，六方相SnS₂为AB1 NaSnS₂。而接下来的转化/合金化反应过程则相对相似:AA1/AB1 NaSnS₂从SnS₂的Td位点开始依次过渡到SnS、beta-Sn和Na₁₅Sn₄相。在随后的循环中，SnS、Na₁₅Sn₄和Na₂S_m（2<m<8）之间发生可逆反应。本文的工作对不同对称性的二维材料的离子扩散和电化学反应机理进行了深入研究，这为高比能二维电极材料的设计提供了一定的指导。

Zhongtao Ma, Qianqian Li, Hongtao Wang et al, All Roads Lead to Rome: Sodiation of Different-stacked SnS2, Nano Energy, 2019

DOI: 10.1016/j.nanoen.2019.104276

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285519309838?dgcid=rss_sd_all#!

35. Nano Energy：分子偶联电沉积制备三维分层电极助力高性能柔性超级电容器

柔性固态超级电容器（FSSC）由于具有高能量/功率密度、优异的柔韧性、良好的兼容性和良好的安全性等优点而被视为最有前途的便携电子器件的能源器件之一。然而，由于器件的结构和形状变形而导致的性能下降严重限制了其实际应用。在本文中，广东工业大学的Xihong Zu与Guobin Yi以及佐治亚理工的Yulin Deng 等报道了一种基于3D-Co₃O₄纳米线@MnO₂-PPy混合纳米片电极的高性能柔性固态超级电容器。他们通过在碳纤维上垂直生长Co₃O₄纳米线形成三维骨架，提高了赝电容材料的比表面积和质量负载。

更重要的是，这种电极设计也有助于避免电池或电极在弯曲、折叠或扭曲时发生结构畸变。此外，在Co₃O₄纳米线上生长的MnO₂-PPy纳米片具有超高的比表面积、快速的电子/离子输运能力和较高的活性材料利用率。这种柔性固态超级电容器在0.5A/g的电流密的比电容高达215F/g。经过1000次弯曲和扭转循环后，这种超级电容器仍然能够实现高达41.3 Wh/kg的能量密度和4348 W/kg的功率密度且电容保持率高达93%。这说明其在便携式电子领域具有巨大的应用潜力。

Weizhao Li, Xihong Zu, Guobin Yi, Yulin Deng et al, Mechanically robust 3D hierarchical electrode via one-step electro-codeposition towards molecular coupling for high-performance flexible supercapacitors, Nano Energy, 2019

DOI：10.1016/j.nanoen.2019.104275

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285519309826?dgcid=rss_sd_all#!

36. EnSM: 高效、快速、可逆多电子反应的Na₃MnTi(PO₄)₃用于钠离子电池正极材料

具有钠离子超导结构的Na₃MnTi(PO₄)₃凭借其环境友好和低成本等优势而备受瞩目。然而，Na₃MnTi(PO₄)₃正极存在着库伦效率低、电子电导性差以及比容量有限等问题。为了解决上述问题，中南大学的Zhian Zhang和南开大学的Lifang Jiao等人合成了具有导电碳包覆层的互穿石墨烯封装的Na₃MnTi(PO₄)₃粒子（rGO@NMTP-C）。

研究人员通过调控截止电压在该材料上实现了三电子反应。他们通过GITT和EIS测试发现Ti³⁺/Ti⁴⁺电对使得材料整体反应动力学加快，这也使得其库伦效率从不足96%提升到了100%。这种rGO@NMTP-C复合材料在高达50C的大倍率下容量仍能保持92.4mAh/g,在20C下循环3500周后的容量保持率高达74.5%。该材料的发展为实现高容量高比能钠离子全电池开辟了新的道路。

Huangxu Li, Zhian Zhang, Lifang Jiao et al, Highly Efficient, Fast and Reversible Multi-electron Reaction of Na₃MnTi(PO4)₃ Cathode for Sodium-Ion Batteries, Energy Storage Materials, 2019

DOI：10.1016/j.ensm.2019.11.004

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2405829719310396?dgcid=rss_sd_all#!