堿金屬電池的案例
具有優(yōu)異的親Na/Li特性的多級Co3O4納米纖維-碳片骨架用于高度穩(wěn)定的堿金屬電池
【引言】
隨著人們對高密度和安全儲能的需求不斷增長，電池技術(shù)的發(fā)展需要具備高容量、穩(wěn)定的循環(huán)性能和長壽命。Li和Na等堿金屬由于理論比容量高和氧化還原電位低而受到廣泛研究。但堿金屬負(fù)極由于庫侖效率低、枝晶生長嚴(yán)重，在實際應(yīng)用中面臨著巨大的挑戰(zhàn)。其中，金屬電極表面的細(xì)微波動和不均勻的固體電解質(zhì)界面（SEI）導(dǎo)致了電極界面電荷分布的不均勻，從而導(dǎo)致了不均勻的金屬沉積；另一個限制是堿金屬負(fù)極在循環(huán)期間不可避免的體積變化，其不斷的界面重構(gòu)誘導(dǎo)SEI膜在表面上的破裂和形成，并消耗電池系統(tǒng)中的金屬源，導(dǎo)致電池的嚴(yán)重安全隱患和壽命縮短。因此，設(shè)計一種具有親堿金屬性的載體骨架來抑制枝晶的生長是十分必要的。
【成果簡介】
近日，浙江大學(xué)陸盈盈教授團隊（通訊作者）報道了具有優(yōu)異親Na/Li的多級Co3O4納米纖維-碳片（CS）骨架，作為堿金屬電極的穩(wěn)定基體。采用商用導(dǎo)電碳布作為一級結(jié)構(gòu)，采用簡單的水熱法制備垂直生長的二級Co3O4納米纖維，之后再將熔融堿金屬注入骨架中形成金屬/Co-CS復(fù)合負(fù)極。與傳統(tǒng)的銅網(wǎng)和鎳泡沫等3D金屬集流體相比，所制備的Li/Na-Co碳片復(fù)合負(fù)極具有四個主要優(yōu)點：1）堿金屬與Co3O4反應(yīng)的自由能變化ΔG為負(fù)，導(dǎo)致熔融堿金屬與Co3O4反應(yīng)形成Li2O和Co，從而降低了基體的表面能。2）在劇烈反應(yīng)之后，納米纖維仍然可以牢固地粘附到碳纖維基質(zhì)上，為沉積Li提供物理限制，并與足夠的電解質(zhì)/電極接觸，為Li/Li+或Na/Na+氧化還原反應(yīng)的提供了充足的電荷轉(zhuǎn)移位點，從而引導(dǎo)均勻的成核。3）COMSOL模擬表明，這些垂直生長的納米纖維有效地分散了鋰離子流，從而降低了每根碳纖維上的局部電流密度，進(jìn)一步抑制了金屬離子的不均勻沉積。
展開 電位滴定儀測定鋰電池正極材料殘余堿含量
鎳鈷錳酸鋰（Li（NiCoMn）O2）（LiNiCoMnO2），這是一種由鎳、鈷、錳三種金屬氧化物與鋰結(jié)合制成的鋰離子電池三元正極材料。鎳鈷錳酸鋰結(jié)合了其它材料的優(yōu)點，如LiCoO2良好的循環(huán)性能、LiNiO2的高比容量、LiMnO2的高安全性及低成本，被認(rèn)為是動力電源的理想選擇。
鎳鈷錳酸鋰材料結(jié)構(gòu)圖
依據(jù)3種元素的摩爾比(x∶y∶z比值)的不同，分別將其稱為不同的體系，如組成中鎳鈷錳摩爾比(x∶y∶z)為1∶1∶1的三元材料，簡稱為333型;摩爾比為5∶2∶3的體系稱之為523體系，摩爾比為8∶1∶1的體系，稱之為811體系。
表面殘堿的產(chǎn)生
Ni的作用：提高增加材料的能量密度，但鎳含量高會導(dǎo)致三元材料表面形成Li2O，Li2O易與空氣中的CO2和H2O反應(yīng)生成Li2CO3和LiOH。
一、電位滴定儀原理
國高材分析測試中心電位滴定儀
咨詢電話：020-66221668
化學(xué)滴定分析：根據(jù)滴定所消耗的標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度和體積以及被測物質(zhì)與標(biāo)準(zhǔn)溶液所進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)計量關(guān)系，利用指示劑顏色的變化來指示終點的滴定分析方法?？梢苑譃椋核釅A滴定法、氧化還原滴定法、配位滴定法、沉淀滴定法。
電位滴定法：利用電極電位的突變指示終點的滴定分析方法。
電位滴定裝置圖
電位滴定法與指示劑滴定法相比：
不受指示劑的限制，利用電位突變來確定終點
渾濁液體，有色液體的滴定
可用于連續(xù)滴定、微量滴定、非水滴定等
兩種滴定終點方式：
終點滴定EP：已知滴定的結(jié)束條件，滴定到指定的pH值或電位值。
展開 索爾維向鋰金屬電池公司Sepion投資 實現(xiàn)鋰金屬電池商業(yè)化
今年3月，加利福尼亞能源委員會（California Energy Commission）向Sepion資助140萬美元，以推動其安全無陽極混合鋰金屬電池的開發(fā)，從實驗室規(guī)模驗證到預(yù)原型。該項目將持續(xù)到2024年3月，會增強兩個關(guān)鍵組件電解質(zhì)和集電器，從而顯著提高鋰金屬電池的安全性、循環(huán)壽命、快速充電能力和成本。
Sepion隔膜與優(yōu)化電解質(zhì)存在協(xié)同作用，可將進(jìn)一步區(qū)分該項目中的混合鋰金屬電池，并將全電池設(shè)計從技術(shù)就緒水平（TRL）4提升到6。Sepion將與全球領(lǐng)先汽車制造商一起生產(chǎn)和驗證原型鋰金屬電池。
-END-
展開 鈉金屬和鋰金屬電池快充/快放機理對比
在中等電流下，由此產(chǎn)生的非活性金屬鈉并不是永久“死亡”的，它可以通過在低剝離電流下重構(gòu)來重新激活。密度泛函理論 (DFT) 計算表明，與Li相比，Na的不利剝離行為源于其較低的表面能和剝離能。當(dāng)以高倍率充電時，沉積的Na含有大量來自電解液分解產(chǎn)生的永久性失活的Na，導(dǎo)致電極失效。
圖1.鋰和鈉金屬電極之間的倍率性能差異示意圖。二、Na金屬的沉積/剝離行為為了研究放電倍率性能，Na||Cu電池使用一種協(xié)議進(jìn)行測試，其中充電電流（即金屬沉積）保持恒定在0.5 mA/cm，并且隨后放電步驟（即金屬剝離）在0.5到10 mA/cm之間變化（圖2a）。結(jié)果表明，電池在2 mA/cm具有正常的剝離行為，放電電壓趨平（圖2b，c）。在更高的電流密度下，放電過電位顯著增加（圖2b）；有趣的是，快速放電中損失的容量在低倍率下仍然可用。例如，在以5mA/cm放電結(jié)束后（達(dá)到1 V），電極可以進(jìn)一步以0.5mA/cm的低電流放電，最終恢復(fù)93.9%損失的容量（圖2d）。此外，發(fā)現(xiàn)低倍率放電過程重新激活電極以進(jìn)行快速放電。
圖2.（a）鈉金屬電極的倍率性能測量示意圖；（b，c）Na||Cu電池以0.5mA/cm充電，然后在不同電流密度下放電的電壓曲線和CEs；（d）Na||Cu電池在0.5mA/cm下充電，5mA/cm下放電，然后在0.5mA/cm充電的電壓曲線。三、鈉沉積/剝離過程中形貌此外，為了了解鈉金屬負(fù)極的放電倍率性能，探究了鈉沉積/剝離過程不同階段的鈉形貌。該Na金屬層可以在0.5 mA/cm以接近100%的高CE下完全剝離，當(dāng)以3 mA/cm的高電流密度剝離時，只能獲得約30%的低CE（圖2c)。作為對比，本文還將0.5mA/cm的低電流下剝離已沉積的Na金屬薄膜，達(dá)到30%的截止CE，剩余的Na在靠近Cu的區(qū)域表現(xiàn)出致密的結(jié)構(gòu)（圖3c)。
展開 
華北理工《JMST》封面：全釩液流電池金屬和金屬氧化物催化劑進(jìn)展
第一作者：呂彥蓉
通訊作者：何章興 教授
通訊單位：華北理工大學(xué)
DOI：10.1016/j.jmst.2020.09.042
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該論文介紹了近年來金屬和金屬氧化物催化劑在全釩液流電池中的應(yīng)用并研究了其催化性能和機理。從貴金屬和賤金屬兩個方面對金屬催化劑進(jìn)行了分類。根據(jù)同族元素的相似性質(zhì)，對金屬氧化物催化劑進(jìn)行了分類和討論。最后總結(jié)了金屬和金屬氧化物催化劑的研究進(jìn)展，并對全釩液流電池催化劑的設(shè)計與開發(fā)進(jìn)行了展望。
背景介紹
隨著社會經(jīng)濟和技術(shù)水平的快速發(fā)展，一系列能源和環(huán)境問題也隨之出現(xiàn)。發(fā)展清潔能源已經(jīng)成為解決這一系列問題的關(guān)鍵。清潔能源具有不穩(wěn)定性，需要與儲能設(shè)備相結(jié)合才可以并入電網(wǎng)。全釩液流電池（釩電池）是一種具有高可逆性、長壽命和快速響應(yīng)等優(yōu)點的高效儲能裝置。
電極是釩電池的關(guān)鍵部件。碳基材料具有耐酸性高、導(dǎo)電性強、成本低等特點，被廣泛應(yīng)用于釩電池電極。然而，碳基材料的親水性較差，電化學(xué)活性較低，阻礙了其大規(guī)模應(yīng)用。因此，在使用前需對碳基材料進(jìn)行改性。
展開 鋰電池的圣杯：崔屹課題組揭示金屬鋰在二次電池中的循環(huán)機理
點評
馬里蘭大學(xué)莫一非教授向知社介紹：
實現(xiàn)可循環(huán)的鋰金屬電極一直被認(rèn)為是鋰電池的圣杯，也是實現(xiàn)下一代高能量密度充電電池的關(guān)鍵。如何有效的沉積鋰金屬而不導(dǎo)致鋰枝晶的生長是一個十分重要而又懸而未決的問題。盡管文獻(xiàn)中報道了許多的實驗嘗試，但鋰金屬沉積和剝離的機理仍不清楚。
崔屹老師這組工作系統(tǒng)表征了不同的電解液以及各個因素對鋰金屬沉積和剝離的影響。Shi（2017）發(fā)現(xiàn)在不同條件下沉積的鋰金屬有著顯著不同的晶向和織構(gòu)，會對沉積的鋰金屬形貌以及電化學(xué)性能有很大影響。這個發(fā)現(xiàn)揭示了鋰金屬的原子結(jié)構(gòu)與形貌性能之間存在的關(guān)聯(lián)，對進(jìn)一步理解鋰金屬沉積的機理以及最終實現(xiàn)可控的鋰金屬沉積有重要的意義。而Shi（2018）進(jìn)一步揭示了鋰金屬通過固態(tài)電解質(zhì)膜（SEI）的剝離機制，指出了SEI膜的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)對于鋰金屬剝離的重要影響。這個發(fā)現(xiàn)對通過優(yōu)化SEI來提高鋰金屬電極性能有重要的啟示。
這兩篇文章對于理解鋰金屬沉積和剝離的機理和進(jìn)一步的鋰金屬電極研究有十分積極的意義和啟發(fā)。尤其值得借鑒學(xué)習(xí)的是在電化學(xué)測試的基礎(chǔ)上結(jié)合系統(tǒng)仔細(xì)的表征工作來提升對機制的理解。這組工作也為進(jìn)一步通過理論計算揭示鋰金屬沉積剝離的原子級尺度機制提供了重要的實驗參考。
來源：知社學(xué)術(shù)圈
展開 直接觀測鋰金屬電池的界面行為
例如在鋰金屬的枝狀沉積和固體-電解質(zhì)界面膜（SEI）的形成是影響鋰金屬電池性能和安全的決定性因素，然而直接觀測這些界面卻存在很大的難度，致使圍繞界面行為展開的研究一直是人們爭論的熱點。
【成果簡介】
近日，康奈爾大學(xué)的Lena F. Kourkoutis（通訊作者）課題組采用冷凍電鏡技術(shù)觀察到了鋰金屬電池中界面膜和枝晶的納米級結(jié)構(gòu)并以此全面深入地理解了發(fā)生在該界面的化學(xué)過程。該研究通過快速冷凍液體成分（玻璃化液體電解質(zhì)），獲得了自然狀態(tài)下鋰金屬電池中的界面膜結(jié)構(gòu)，之后再利用冷凍掃描透射電鏡技術(shù)（cryo-STEM）可對這些界面進(jìn)行結(jié)構(gòu)和化學(xué)圖譜（mapping）表征。實驗表征結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在鋰金屬電池負(fù)極共存著兩種不同類型的枝狀物，其中一種擁有外延的SEI層，而另一種枝狀物則由鋰的氫化物組成，這一不同枝狀物的共存現(xiàn)象可能為電池容量減少的機理解釋提供有力的證據(jù)支持。該文也闡明了冷凍電鏡技術(shù)在探測功能器件界面過程的研究中具有潛在的應(yīng)用價值。2018年8月15日，相關(guān)成果以題為“Cryo-STEM mapping of solid–liquid interfaces and dendrites in lithium-metal batteries”的文章在線發(fā)表在Nature上。
展開 電池板AL6061_T6金屬失效參數(shù)
<p>通過多款電池包修正材料參數(shù)，對標(biāo)精度高達(dá)85%以上</p><div contenteditable="false" width="100%">
<p><img src="https://img.jishulink.com/static/web/attachment.png" style="display:inline;vertical-align: middle;width: 24px;height:24px;" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/static/web/attachment.png?image_process=/format,webp" data-pc-src="https://img.jishulink.com/static/web/attachment.png?image_process=/format,webp" data-initial-src="https://img.jishulink.com/static/web/attachment.png"> <a href="https://img.jishulink.com/202603/attachment/cb0c62143c6c4fce8f18c522d38df869.rar" target="_blank" rel="nofollow">AL6061_T6.rar</a></p>
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展開 崔屹《Science》：巧妙的實驗，鋰金屬電池取得重要突破！
因此，很難將電池性能的差異與SEI納米結(jié)構(gòu)和化學(xué)聯(lián)系起來。
前段所述的實驗是在沒有液體電解質(zhì)的情況下進(jìn)行的；然而，理想情況下，人們希望用液體電解質(zhì)將固液界面保持在“濕”狀態(tài)。有研究采用低溫掃描透射電子顯微鏡(cryo-STEM)技術(shù)，結(jié)合低溫聚焦離子束(cryo-FIB)，對固液兩相電池的埋設(shè)界面進(jìn)行了探測。然而，由于制備足夠薄的薄片適用于HRTEM的技術(shù)挑戰(zhàn)，在電解液中SEI的高分辨率成像是困難的。此外，離子研磨對SEI納米結(jié)構(gòu)和化學(xué)的影響也是一個值得關(guān)注的問題。
在此，研究者采用了原始的薄膜玻璃化方法，在電池本身的有機液體電解質(zhì)環(huán)境中保持了電池的電極-電解質(zhì)界面。研究者用低溫(S)透射電鏡對樣品進(jìn)行表征，研究鋰金屬電池中完整的界面結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)。其關(guān)鍵是直接獲得有機電解質(zhì)與固體電池材料界面的薄膜樣品，同時避免額外的樣品制備步驟產(chǎn)生任何機械或化學(xué)偽影。圖1、A和B顯示了為電池開發(fā)的薄膜玻璃化方法的示意圖和玻璃化試樣的橫切面。研究者利用該方法，報道了在各種電解質(zhì)中固體電解質(zhì)間相(SEI)在鋰金屬負(fù)極上的大量膨脹。溶脹行為依賴于電解質(zhì)化學(xué)，并與電池性能高度相關(guān)。較高程度的SEI溶脹傾向于表現(xiàn)出較差的電化學(xué)循環(huán)。
圖1 有機電解液中枝晶試樣的制備。
圖2 干燥狀態(tài)下Li枝晶上的SEI和低溫透射電鏡下玻璃化有機電解質(zhì)成像。
圖3 液體電解質(zhì)中SEI的AFM納米壓痕分析。
圖4 不同電解質(zhì)中Li金屬負(fù)極性能與SEI溶脹率的關(guān)系。
綜上所述，以上見解強調(diào)了保存液相和固相對于使用低溫電子顯微鏡方法高分辨率研究復(fù)雜界面現(xiàn)象的重要性。
展開 ARCI開發(fā)出新金屬空氣電池催化劑 更具成本效益
蓋世汽車訊 電催化劑（能夠催化兩種不同類型的反應(yīng)）可以降低成本并提高金屬空氣電池的效率。隨著對不同能源需求的增加，世界各國都在努力開發(fā)不同種類的能源裝置，如鋰離子電池、鉛酸電池、氧化還原液流電池、鋰空氣電池、鋅空氣電池、鈉離子電池、燃料電池和超級電容器。
其中，鋅空氣電池因其低成本和高能量密度而備受關(guān)注。鋅空氣電池是便攜式電子產(chǎn)品和電動汽車的緊湊型電源，以及用于管理可再生能源發(fā)電裝置間能量流動的能量存儲設(shè)備，發(fā)電裝置包括風(fēng)力渦輪機、光伏電池板、電網(wǎng)和終端用戶。然而，這種電池的難點在于催化劑的開發(fā)。雙功能催化劑在電池放電時會作用于氧還原反應(yīng)，而在充電循環(huán)期間，又會促進(jìn)析氧反應(yīng)。大多數(shù)可用的傳統(tǒng)催化劑成分中都含有貴金屬，因此電池成本高昂。
（圖片來源：印度新聞資訊局）
據(jù)外媒報道，粉末冶金與新材料國際高級研究中心（International Advanced Research Centre for Powder Metallurgy and New Materials，ARCI）和印度政府科學(xué)技術(shù)部（Department of Science and Technology，DST）自動駕駛研發(fā)中心聯(lián)合開出一種具有成本效益的電催化劑，通過sPEEK（磺化聚醚醚酮）聚合物的碳化，將過渡金屬離子錨定到摻硫碳框架中。這種催化劑合成方法還可用于回收使用過的離聚物（由中性重復(fù)單元和電離單元組成的聚合物）。
科學(xué)家們使用了一種離子交換策略，將金屬離子均勻地定位在碳骨架中，限制了顆粒尺寸，并在非常低的過渡金屬負(fù)載量下控制成分和尺寸。
展開 關(guān)于非金屬材料放氣對砷化鎵電池的影響分析
太陽電池陣作為航天器電源系統(tǒng)的關(guān)鍵組件之一，其性能衰變將直接影響電源系統(tǒng)的工作狀態(tài)，從而影響整個航天器的工作狀態(tài)。目前，航天器普遍采用三結(jié)砷化鎵太陽電池。太陽電池在軌運行期間，會受到紫外輻照、原子氧、碎片、等離子體、溫度和污染等多種空間環(huán)境及誘導(dǎo)環(huán)境的影響。
太空中，對砷化鎵電池產(chǎn)生污染的污染源主要有：航天器用非金屬材料放氣;姿控發(fā)動機的噴射;空間環(huán)境的影響。其中，非金屬材料放氣是污染源的重要組成部分。航天器真空熱試驗中污染監(jiān)測試驗的結(jié)果表明，非金屬材料放氣釋放的有機分子主要為鄰苯二甲酸酯類和硅氧烷類。
文中以非金屬材料灰皮電纜放氣產(chǎn)物鄰苯二甲酸酯類為例，分析其對砷化鎵電池的性能影響，從而為太陽電池的污染防護提供依據(jù)和支持。
1 試驗
非金屬材料放氣對砷化鎵電池性能影響試驗包括兩部分：砷化鎵電池性能與透過率關(guān)系試驗和污染物沉積量與透過率關(guān)系試驗。通過這兩組試驗，得到污染物沉積量與太陽電池功率損失之間的關(guān)系。
1.1 材料及設(shè)備
試驗用品包括砷化鎵電池、石英光學(xué)試片和非金屬材料等。砷化鎵電池尺寸為3 cm×4 cm，短路電流為210 mA，石英光學(xué)試片尺寸為80 mm×80 mm×1 mm。非金屬材料為航天器常用灰皮電纜，其放氣產(chǎn)物為鄰苯二甲酸酯類，無色透明液體。
砷化鎵電池的性能測試采用太陽模擬器和數(shù)字萬用表，測試其短路電流。
用U-3900H 紫外可見分光光度計測試石英光學(xué)試片的光學(xué)透過率，其波長范圍為190～900 nm，光譜帶寬為0.2～4.0 nm。采用石英晶體微量天平測量非金屬材料的放氣沉積量，其諧振頻率為20 MHz，污染量測試精度為1.1×10-9 g/cm2，污染量測試范圍為0～1.1×10-5 g/cm2。
展開 
派立昂對外出售鋰金屬電池 性能更強大
（原標(biāo)題：派立昂對外出售鋰金屬電池 比鋰離子電池能量密度高一倍重量輕一半）
核心提示：據(jù)外媒報道，位于馬薩諸塞州（Massachusetts）的電池初創(chuàng)企業(yè)派立昂技術(shù)公司（Pellion Technologies）稱其已經(jīng)研發(fā)出鋰金屬電池（lithium metal battery），功率是傳統(tǒng)鋰離子電池（lithium ion battery）的兩倍，但重量只有傳統(tǒng)鋰離子電池的一半。派立昂技術(shù)公司目前正向商業(yè)客戶銷售其電池。
蓋世汽車訊 據(jù)外媒報道，位于馬薩諸塞州（Massachusetts）的電池初創(chuàng)企業(yè)派立昂技術(shù)公司（Pellion Technologies）稱其已經(jīng)研發(fā)出鋰金屬電池（lithium metal battery），功率是傳統(tǒng)鋰離子電池（lithium ion battery）的兩倍，但重量只有傳統(tǒng)鋰離子電池的一半。派立昂技術(shù)公司目前正向商業(yè)客戶銷售其電池。
其第一批商業(yè)客戶是專業(yè)用戶，重視新電池可增加的續(xù)航里程，使商用無人機能飛更長時間，而且也愿意付出比獲得傳統(tǒng)電池更多的代價。派立昂的新電池使用壽命相對比較短，50次充電/放電循壞之后，幾乎就耗盡了。但是派立昂預(yù)計今年新電池銷售額將達(dá)數(shù)百萬美元，可以很好地用來研究如何延長電池使用壽命，以及降低制造成本。
現(xiàn)在談?wù)搶?em>金屬電池用于電動汽車或能源儲存還為時過早。雖然要解決的障礙太多了，但是電池能量密度大大增加的承諾也太誘人，讓人無法忽視。特斯拉所用的電池芯能量密度為600Wh/L，200Wh/kg，而派立昂的鋰金屬電池的能量密度幾乎翻了一番，達(dá)1,000Wh/L, 400Wh/kg。
與目前電池行業(yè)每年將電池能量密度提升10%相比，能量密度能增加100%是跨越式的改變。
展開 《Nature》：不含金屬！這款有機電池還可以按需降解
雖然此前有研究者獲得了氧化還原活性可降解聚合物，也有一些研究探索了完全聚合電池，但還沒有人將這兩個概念結(jié)合起來，創(chuàng)造出可按需降解的全聚合物無金屬電池，這是設(shè)計可持續(xù)、可回收電池的第一步。研究者推測，多肽骨架上具有氧化還原活性的垂基團可能為可降解有機自由基電池提供了一個合適的材料平臺。
在此，研究者報告了一種按需可降解的多肽電池(圖1)。研究者設(shè)計并合成了含有氧化還原活性基團的多肽正極，測定了它們的氧化還原活性并確定了它們在全多肽電池中的行為。首先，每個多肽組裝成一個鋰金屬半電池，以闡明其基本的儲能特性。然后，研究者構(gòu)建了一個無金屬多肽基電池。為了證明可回收性，研究者在酸性條件下，進(jìn)行了水解降解，并確定了降解產(chǎn)物。此外，研究者還量化了完整的氧化還原活性多肽及其降解產(chǎn)物，對三種不同電池類型生存能力的影響。通過將可降解多肽骨架與氧化還原活性部分的儲能特性相結(jié)合，這種仿生多肽電池，解決了傳統(tǒng)鋰離子電池的一些挑戰(zhàn)(例如，稀缺資源的使用、安全問題和高成本的循環(huán)利用)。
圖1 多肽基有機自由基電池。
研究表明，這些氧化還原活性多肽作為活性材料，在電池運行期間是穩(wěn)定的，隨后在酸性條件下按需降解，生成氨基酸、其他構(gòu)件和降解產(chǎn)物。
圖2 氧化還原活性多肽的合成。
圖3 氧化還原活性多肽的循環(huán)伏安圖。
圖4 多肽復(fù)合材料半電池和全電池的電化學(xué)響應(yīng)。
圖5 紫羅堿和biTEMPO多肽的降解。
綜上所述，研究者設(shè)計了一個無金屬，全多肽有機自由基電池，設(shè)計包括了氧化還原活性氨基酸大分子降解的需求。
展開 Mater: 用于含水電池的高度可逆的鋅金屬陽極
【引言】
金屬鋅（Zn）因其理論容量高（820 mAhg-1），電位低（相對于標(biāo)準(zhǔn)氫電極為-0.762
V），資源豐富，低毒性被認(rèn)為是水系電池的理想負(fù)極材料。然而，堿性電解質(zhì)中的鋅負(fù)極持續(xù)遭受由其沉積/溶解的低庫侖效率（CE），循環(huán)過程中的樹枝狀晶體生長，持續(xù)的水消耗和不可逆的副產(chǎn)物如氫氧化鋅或鋅酸鹽引起的嚴(yán)重不可逆性問題。雖然中性電解質(zhì)中鋅枝晶的形成可以被最小化，但其低庫侖效率仍然是一個嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。在大多數(shù)之前的報道中，必須使用高充電/放電速率來減少可逆性對循環(huán)壽命的影響，并且經(jīng)常需要定期補充電解質(zhì)以補償水分解。鋅還必須大量過量使用以補償其副反應(yīng)的消耗量，這導(dǎo)致其理論比容量未被充分利用。因此，鋅負(fù)極的開發(fā)仍然面臨巨大的挑戰(zhàn)。
【成果簡介】
近日，美國馬里蘭大學(xué)的王春生教授聯(lián)合美國陸軍實驗室許康研究員（共同通訊作者）報道了高濃度的Zn離子電解質(zhì)（以下稱為HCZE）。王飛博士（自然材料文章的第一作者）利用高濃度的基質(zhì)電解液中（1 mol Zn(TFSI)2 + 20 mol LiTFSI），Zn負(fù)極的庫倫效率達(dá)到接近100%，意味著非常好的可逆性。以Zn為負(fù)極，LiMn2O4或O2為正極進(jìn)行電池測試，使Zn電池具有前所未有的可逆性。前者功率為180Whkg-1，4000次循環(huán)下仍保持80％的容量，而后者的輸出功率為300 W h kg-1，循環(huán)次數(shù)大于200次。結(jié)構(gòu)和光譜研究結(jié)合分子動力學(xué)模擬表明，這種優(yōu)異的Zn可逆性源于高濃度含水電解質(zhì)中Zn2+獨特的溶劑化結(jié)構(gòu)。由于TFSI陰離子的高濃度，迫使它們進(jìn)入Zn2+附近，從而形成緊密離子對 (Zn-TFSI)+，并顯著抑制(Zn-(H2O)6)2+的存在。這一機理為高效利用鋅提供了一條新的途徑，可用于高安全性的先進(jìn)能源儲存應(yīng)用，并可能用于其他多價陽離子電池，這些多價陽離子通常具有較差的可逆性和緩慢的動力學(xué)問題。
展開 中南大學(xué)潘安強教授綜述：3D打印鋰金屬循環(huán)電池
隨著科技爆炸式發(fā)展，人們對儲能有了更高的需求，商業(yè)化的石墨負(fù)極理論容量低，已然限制了鋰離子電池體系的能量密度提升，無法滿足現(xiàn)代社會對高比能電池的需求。鋰金屬二次電池因其比能量高，成為下一代儲能電池的熱門選擇。然而，鋰金屬電池中幾乎所有組件都面臨著實際挑戰(zhàn)，主要集中在鋰金屬負(fù)極上，包括沉積不均勻，枝晶生長、體積膨脹大和SEI膜不穩(wěn)定等，嚴(yán)重的損害了電池的安全性及循環(huán)壽命，限制著鋰金屬電池的商業(yè)應(yīng)用。傳統(tǒng)鋰金屬電池制造技術(shù)在控制組件的幾何形狀和結(jié)構(gòu)方面存在一些局限性，限制來電池的性能。3D打印作為一種新型制造技術(shù)，它可以無需依賴任何模板精確控制從微觀到宏觀的形狀與結(jié)構(gòu)，從而提高電池的能量密度和功率密度。
近日，中南大學(xué)材料科學(xué)與工程潘安強教授圍繞“3D打印鋰金屬二次電池”主題，在國際著名期刊Energy Storage Materials上發(fā)表了題為“3D printing for rechargeable lithium metal batteries”的綜述文章，周雙博士為論文第一作者。文章結(jié)合鋰金屬二次電池所面臨困境以及3D打印鋰金屬電池的獨特優(yōu)勢，總結(jié)了目前具有代表性的3D打印技術(shù)，回顧了3D打印技術(shù)在鋰金屬電池各組件的應(yīng)用進(jìn)展并對3D打印鋰金屬二次電池的設(shè)計原理和實際挑戰(zhàn)進(jìn)行了總結(jié)與展望。
3D打印二次鋰電池優(yōu)勢與展望
文章亮點
1. 從機理層面分析并總結(jié)了3D打印在鋰金屬電池各組分中的優(yōu)勢。
2. 總結(jié)和對比了四種代表性的3D打印鋰金屬電池技術(shù)(IJP, DIW, FDM, SLA)的特點，建立了打印組分與打印技術(shù)之間相互聯(lián)系。
3. 總結(jié)3D打印技術(shù)在鋰金屬電池各組件的應(yīng)用進(jìn)展，并給出了3D打印組件需要實現(xiàn)的基本目標(biāo)。
4. 匯總了3D打印鋰金屬電池目前面臨的挑戰(zhàn)和未來的發(fā)展方向。
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