Joule近期文章集锦

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1. 多孔低温干燥MXene用于电容去离子

悉尼科技大学汪国秀教授课题组制备了一种电容去离子气凝胶多孔MXene电极材料。有机化合物的插层-分层和真空冷冻干燥技术用来防止MXene纳米片由于范德华力而重新堆叠。多孔Ti3C2Tx是亲水性的,具有高比表面积和高导电率的良好多孔结构。当作为电极应用于电容去离子电池时,多孔Ti3C2Tx MXene电极在浓度为10,000mg/L的盐溶液中表现出高达118mg/cm3离子吸附容量,比先前报道的碳基电极材料高12倍以上。多孔MXene材料可能为高性能电容脱盐开辟了一条新途径。

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Weizhai Bao, Xiao Tang, Xin Guo, Sinho Choi, Chengyin Wang, Yury Gogotsi, Guoxiu Wang, Porous Cryo-Dried MXene for Efficient Capacitive Deionization, Joule, 2018, DOI:10.1016/j.joule.2018.02.018


2. 原位声学诊断电极材料颗粒与粘合剂的相互作用

Mikhael D. Levi教授等人通过使用具有耗散监测的电化学石英晶体微量天平(EQCM-D)测量粘合剂网络的松弛来展示高应变NaFePO4/PVDF电极中的应变-调节机制。在水溶液中NaFePO4电极经过长循环过程,聚合物网络会产生完全机械降解。相反,在非质子溶液中,软化的粘合剂容易适应高转变应变,确保出色的电极循环性能。复合电极的高频粘弹性特性的量化提高了最佳聚合物粘合剂/电解质溶液组合的筛选效率。

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Netanel Shpigel, Sergey Sigalov, Mikhael D. Levi, Tyler Mathis, Leonid Daikhin, Alar Janes, Enn Lust, Yury Gogotsi, Doron Aurbach, In Situ Acoustic Diagnostics of Particle-Binder Interactions in Battery Electrodes, Joule, 2018, DOI:10.1016/j.joule.2018.02.014


3. 硅微粒负极与自愈网状粘合剂

上海交大王久林教授课题组设计并合成了聚合物粘合剂PAA-P(HEA-co-DMA)。其多重网络结构由刚柔结合的链和键组成,在电极中具有特殊的自愈能力不仅提供了足够的机械支撑,而且还缓冲了由Si微粒(SiMPs)的体积变化引起的应变,具有优异的循环和倍率性能。使用聚合物粘合剂的SiMP电极的ICE高达89.3%,可逆容量为2850mAh/g;20次循环后CE达到99.6%,最后稳定在99.7%,经过220次循环后其比容量保持在2394mAh/g。

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Zhixin Xu, Jun Yang, Tao Zhang, Yanna Nuli, Jiulin Wang, Shin-ichi Hirano, Silicon Microparticle Anodes with Self-Healing Multiple Network Binder, Joule, 2018, DOI:10.1016/j.joule.2018.02.012.


4. 混合水/非水电解质用于锂离子电池

马里兰大学王春生教授和美国陆军实验室许康教授合作通过混合水性和非水性组分创建了新一类电解质——混合水/非水电解质(HANE),将水溶液和非水溶液电解质之间一次清晰的界限连接起来,并继承了两者的优点,使其具有非易燃性和非毒性特性以及更好的电化学稳定性。基于Li4Ti5O12/LiNi0.5Mn1.5O4的锂离子电池在3.2V的高工作电压下,具有高达165Wh/kg的能量密度和1000次循环后仍然保持稳定。这种独特的杂交方法不仅为电池提供了一种全新且实用的电解液系统,而且还可以作为一种灵感,为不同材料的相互矛盾的特性找到妥协方案,同时最大限度地发挥其优势。

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Fei Wang, Oleg Borodin, Michael S. Ding, Mallory Gobet, Jenel Vatamanu, Xiulin Fan, Tao Gao, Nico Edison, Yujia Liang, Wei Sun, Steve Greenbaum, Kang Xu, Chun sheng, Hybrid Aqueous/Non-aqueous Electrolyte forSafe and High-Energy Li-Ion Batteries, Joule, 2018, DOI:10.1016/j.joule.2018.02.011.


5. 高效多相催化剂显著提高氧还原速率

美国佐治亚理工学院刘美林教授课题组制备出由BaCoO3-x (BCO)和PrCoO3-x (PCO)纳米颗粒和共形PrBa0.8Ca0.2Co2O5+δ组成的多相催化剂涂层(PBCC)薄膜,显着提高了氧还原反应(ORR)的速率。当应用于固体氧化物燃料电池La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O(LSCF)阴极时,在600°C时,涂层极化电阻从2.57降低到0.312Ω/cm2。密度泛函理论(DFT)计算表明,NPs具有高浓度的氧空位,其促进了快速氧吸附和解离,而PBCC膜有效地将氧输送到LSCF正极。独立相的独特性质以及它们独特的形态和结构的协同组合显著的增强了电催化性能。催化剂的表面改性不仅可以应用于中温SOFC,而且也可以应用于对其他类型的能量转换和存储系统。

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Yu hen, YongMan Choi, Seonyoung Yoo, Yong Ding, Ruiqiang Yan, Kai Pei, Chong Qu, Lei Zhang, Ikwhang Chang, Ryan Murphy, Jiang Liu, Meilin Liu, A Highly Efficient Multi-phase Catalyst Dramatically Enhances the Rate of Oxygen Reduction, Joule, 2018, DOI:10.1016/j.joule.2018.02.008


6. 在-70°C下运行的有机电池

复旦大学夏永姚教授课题组开发了一种乙酸乙酯基电解质,它在-70℃的超低温下显示出0.2mS/cm的离子电导率。基于这样的电解质,制造了分别使用插层化合物和有机聚合物作为电极的可再充电电池。然而,由于Li+的溶剂化/去溶剂化缓慢,基于插层化合物的LIBs不能在-70℃下工作。相反,使用有机电极的可充电电池在这样的低温下仍可以正常工作,并且由于在表面基团上或在有机固体的大间隙中电荷储存的快速动力学,在室温下保持约70%的容量

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Xiaoli Dong, Zhaowei Guo, Ziyang Guo, Yonggang Wang, Yongyao Xia, Organic Batteries Operated at −70°C, Joule, 2018, DOI:10.1016/j.joule.2018.01.017


7. 相间设计实现全陶瓷锂电池

马里兰大学王春生教授课题组通过将LiCoO2(LCO)和Li7La3Zr2O12 (LLZO)与Li2.3-xC0.7+xB0.3-xO3固体电解质中间相一起热焊接,Li2.3C0.7B0.3O3焊料和Li2CO3层之间发生反应,共形涂覆在LLZO和LCO上,实现具有极低界面电阻的全陶瓷正极/电解质界面。具有这种全陶瓷正极/电解质的全固态Li/LLZO/LCO电池具有高循环稳定性和高倍率性能,这对于SSB的实际应用是重要的一步。相间设计的全瓷Li/LLZO/LCO电池具有优异的循环和高倍率性能,具有较高的初始容量,代表了全瓷Li电池的最佳性能,是高性能全固态锂电池发展的重大突破。另外,这种方法并不局限于的LiCoO2正极,也可以应用于其它的层状过渡金属氧化物正极,推动促进全固态锂电池的实际应用。

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Fudong Han, Jie Yue, Cheng Chen, Ning Zhao, Xiulin Fan, Zhaohui Ma, Tao Gao, Fei Wang, Xiangxin Guo, Xiangxin Guo, Chunsheng Wang, Interphase Engineering Enabled All-Ceramic Lithium Battery, Joule, 2018, DOI:10.1016/j.joule.2018.02.007

 

8. 基于Coralloid碳纤维的复合锂金属负极

清华大学张强教授课题组通过电镀银和注入熔融锂制备了一种珊瑚状银涂层碳纤维复合锂负极(CF/Ag-Li)。由于Ag的亲锂性质,熔融的Li可以注入碳纤维框架中。此外,在Li-LiFePO4和Li-S电池中实现了无枝晶形态和非凡的电化学性能。CF/Ag-Li|Li对称电池在10.0mA/cm2循环160次保持10.0mAh/cm2的容量CF/Ag-Li|S电池初始放电容量高达785mAh/g,并且在0.5C下400次循环后具有64.3%的容量保留率CF/Ag-Li|LiFePO4电池在1.0C下稳定循环500次表现出较高比容量

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Rui Zhang, Xiang Chen, XinShen, Xue-Qiang Zhang, Xiao-Ru Chen, Xin-Bing Cheng, Chong Yan, Chen-Zi Zhao, Qiang Zhang, Coralloid Carbon Fiber-Based Composite Lithium Anode for Robust Lithium Metal Batteries, Joule, 2018, DOI:10.1016/j.joule.2018.02.001.


9. 纳米空心碳中的SnS2超薄纳米片高效电容性储钠

南洋理工大学楼雄文教授课题组通过多步模板法将超薄SnS2纳米片限制在碳纳米管(SnS2@CNT),碳纳米笼(SnS2@CNB)和中空碳纳米球(SnS2@CNSs)中。得益于其独特的结构优势,这些SnS2碳纳米杂化材料具有高比容量,良好的循环稳定性和出色的倍率性能。当作为SIB的负极材料时,所制备的SnS2@CNS在0.2A/g循环100次后显示出约634mAh/g的比容量,在5A/g显示出410mAh/g的容量。

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Yuhan Liu, Xin-Yao Yu,Yongjin Fang, Xiaoshu Zhu, Jianchun Bao, Xiaosi Zhou, Xiong Wen (David) Lou, Confining SnS2 Ultrathin Nanosheets in Hollow Carbon Nanostructures for Efficient Capacitive Sodium Storage, Joule, 2018, DOI:10.1016/j.joule.2018.01.004.


10. 设计具有实际必要参数的锂硫电池

在追求高能量密度电池方面,开发高载硫量、同时保持电解质/硫(E/S)比率低于目前锂离子电池技术是主要的研究方向。然而,鲜有研究将这些参数保持在实际应用所需的范围内。针对这些问题,Arumugam Manthiram教授制备了 同轴石墨烯涂覆的碳-碳(CGCC)作为正极的锂硫电池,其具有高硫负载(57.6mg/cm2),高硫含量(75wt%)和低E/S比率(4.2μL/mg)。该电池表现出较高的面积容量(31mAh/cm2)和面积能量密度(66mWhr/cm2),200次循环后容量保留率超过68%。

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Sheng-Heng Chung, Arumugam Manthiram, Designing Lithium-Sulfur Cells with Practically Necessary Parameters,Joule, 2018, DOI:10.1016/j.joule.2018.01.002.


11. 改性隔膜助力高能量密度锂硫电池研发

厦门大学萨本栋微米纳米科学技术研究院方晓亮副教授课题组和厦门大学化学化工学院郑南峰教授课题组合作设计了一种内包石墨烯的氮掺杂二维多孔碳纳米片(G@PC)和商业聚丙烯隔膜(PP)复合而成的功能化隔膜(G@PC/PP)。使用G@PC/PP功能化隔膜后,采用浆料涂布法制备的炭黑/硫复合物(CB/S)为正极(电极硫百分含量64wt%,硫负载量3.5mg/cm2)的Li-S电池在5C(1C=1675mA/g)高倍率下充放电的可逆容量高达688mAh/g,在1C倍率下循环500次后能保持754mAh/g的高比容量,容量保持率高达88.6%;采用具有自支撑结构的碳纳米管/硫(CNT/S)复合物为正极(电极硫百分含量70wt%,硫负载量12.0mg/cm2)的Li-S电池在0.2C循环100圈后仍保持12.1mAh/cm2的高面积容量。这些由商业碳材料构建的Li-S电池在倍率、循环稳定性和能量密度方面均大幅优于现有Li-S电池的报道。该工作所提出的“设计轻质量、高性能的功能化隔膜来提升由商业碳材料制备的Li-S电池性能”这一策略为推动Li-S电池的研发提供了新思路。

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Fei Pei, Lele Lin, Ang Fu, Shiguang Mo, Daohui Ou, Xiaoliang Fang, Nanfeng Zheng, A Two-Dimensional Porous Carbon-Modified Separator for High-Energy-Density Li-S Batteries, Joule, 2018, DOI:10.1016/j.joule.2017.12.003.

 

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