院士齐上阵！看刘忠范，李玉良，万立骏，谢毅，赵东元，成会明，欧阳明高，陈立泉等人电池领域新进展

电池中，由于化学成分的不同，使其具有不同的性能特点，针对其性能特点，将其应用于某些特定领域，这就是某些行业更倾向于应用某种电池类型而非其他类型。比如，日常汽车的启动电池一般是是铅酸电池，而锂离子电池更多应用于笔记本电脑、手机等电子产品。尽管现如今越来越多的科研工作者投入到电池技术的相关研究中，但要制造出低成本、高性能、高能量密度、运行安全和循环稳定性的电池仍然具有很大的挑战，对高性能电池新技术的持续且深入的研究很有必要。本文总结了国内院士大咖在电池领域的科研新进展，希望对从事电池科研的你有所启发。

中科院万立骏院士，郭玉国研究员和石吉磊研究员通过将LiDFOB盐引入到固体/液体混合电解质中，以原位形成非晶CEI缓冲层（Li_xBO_yF_z），从而提供稳定的高压输出和增强的正极/电解质界面。非晶态CEI使富镍正极与电解液具有出色的化学相容性，从而确保了减少的副反应并显著提高了混合固体/液体电池的界面耐久性。原位涂覆策略可以有效地缓冲具有协调的化学势的固/固界面处的电势下降，因此获得了出色的动力学性能。此外，非晶态CEI保护层的设计开辟了一条简便而有效的途径，以增强正极/固体电解质界面的稳定性以及动力学性能。

文献链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.201916301

清华大学成会明和中科院深研院唐永炳研究员证明了KFeC₂O₄F是KIBs的有潜力的正极材料。由于其固有的Fe²⁺/Fe³⁺氧化还原机制、刚性3D [FeC₂O₄F]框架和三个开放通道，因此KFeC₂O₄F正极在0.2 A g^-1时可逆放电容量约为112 mAh g^-1，并在2000个循环内保持94％的高容量保持率循环，每个循环的容量下降0.003％。此外，通过将这种KFeC₂O₄F正极与软碳负极相结合，成功构建了完整的K离子电池，该电容器在200个循环中可忽略不计的容量衰减，能量密度约为235 Wh kg^-1，并具有优异的速率性能。尽管可以通过优化电解质系统并利用合适的负极材料等来进一步提高这种钾离子全电池的性能，但这项研究表明了KFeC₂O₄F作为可持续的大规模储能应用中有潜力的KIB正极的可行性。

文献链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-020-15044-y

中国科学院李玉良院士和左自成首次展示了一种创新的方法，可以在小分子有机正极上原位编织石墨炔纳米涂层。该方法表明，在温和条件下，石墨炔可以无缝涂覆在小分子有机正极上，具有重要意义。小分子有机正极在低电导率和分子溶解方面的关键问题得到了有效改善。通过无缝编织这种石墨炔纳米壳，可以成功制备高度稳定的有机正极。使用这种方法，有机正极的有效质量负载大大提高到了93％，与现行的LIB相当。研究结果表明，基于此类有机正极，可以实现接近主流LIB的能量密度。石墨炔先进的原位涂覆技术对开发高能量密度有机电池具有重要意义。

文献链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202000140

中国工程院陈立泉院士，中国科学院青岛生物能源与过程研究所崔光磊研究员和上海大学施思齐教授证明了NaV₂(PO₄)₃作为锌离子电池正极材料的可行性。实验方法和理论方法（HAADF-STEM，AIMD，CI-NEB，BVEL）的结果首次揭示了Zn_xNaV₂(PO₄)₃中M1和M2位置上Zn的混合占据。在Zn²⁺嵌入过程中，Na⁺/ Zn²⁺在Zn_xNaV₂(PO₄)₃中的这种混合占据和协同迁移有利于稳定晶体结构，机械性能和电导率。ZnNaV₂(PO₄)₃除了改善了可循环性外，还表现出更好的机械性能，可以适应由离子嵌入引起的应变。对电子结构的进一步研究表明，与Na₃V₂(PO₄)₃相比，3d¹⁰ Zn²⁺的附加电子增加了Zn_xNaV₂(PO₄)₃的电子电导率。总体而言，结果表明，M1位活化的菱形NASICON型Zn_xNaV₂(PO₄)₃正极具有优异的电化学性能，高结构稳定性，并为进一步改善Zn离子电池的性能提供了新思路。

文献链接：

https://doi.org/10.1002/adma.201907526

北京大学刘忠范院士和彭海琳教授等人证实了基于石墨烯设计的Al集电器/电解质界面处增强的防腐性能，石墨烯表层使商用铝箔用作LIB中的正极集电器时具有与电解质和电极材料几乎理想的界面。此外，研究人员展示了在金属箔上分层石墨烯合成的批量生产方法，证明了其技术可扩展性。坦白地说，尽管其合成是在相对较低的温度下进行的，但目前其商业化的瓶颈在于合成效率低和成本高。该工作有望开拓石墨烯市场。

文献链接：

https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.0c00348

中国科学技术大学谢毅院士和吴长征教授团队发表综述，详细介绍了锌空电池的表界面纳米工程。在这篇综述中，他们将重点放在四个关键参数上的表面/界面纳米工程上，包括电导率，反应能垒，反应表面积以及锌-空气电池在以下条件下的电催化剂和空气电极的传质行为。由于电催化剂和空气电极的表面和界面是反应的主要场所，通过总结表面/界面纳米工程策略，可以大大提高锌空气电池的活性和稳定性。除此之外，还强调了电催化剂和空气电极之间的紧密关系，并讨论了可用于改善锌空气电池从微观到介观水平的性能的表面/界面改性方法。最后，基于以上讨论和锌空气电池表面/界面工程的最新成果，还提出了一些个人观点，以期对该领域的未来发展进行研究，以促进对有希望的应用的新型电催化剂和先进空气电极的探索。

文献链接：

https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.0c00348

复旦大学赵东元院士和李伟教授等人总结了分层介孔TiO₂材料的可控合成和应用方面的最新进展。首先总结了不同结构的介孔TiO₂材料的合成途径和机理。然后，分层介孔TiO₂材料在能源和环境相关领域中的应用，例如污染物的光催化降解，光催化燃料的产生，光电化学水分解，化学催化，锂离子电池以及基于结构性能关系，对钠离子电池和钠离子电池进行了详细讨论。然而，在制备介孔TiO₂材料中仍然存在一些关键的科学问题。首先，应该在原子水平上进一步深入地研究介孔TiO₂材料的合成工艺和机理，为在纳米级甚至亚纳米级实现具有所需纳米结构的介孔TiO₂材料的精确合成奠定坚实的基础。其次，仍然需要一种容易且可靠的方法来合成具有良好孔径和结构的分级介孔TiO₂材料。第三，分级介孔TiO₂材料的晶相控制应引起更多关注。总体而言，分层介孔TiO₂材料的开发为克服我们生活中的能源和环境问题提供了新的机会。

文献链接：

https://academic.oup.com/nsr/advance-article/doi/10.1093/nsr/nwaa021/5736023

清华大学的欧阳明高院士团队对LIB的热失控抑制策略进行了最新概述。相关策略可以在材料级别，电池级别和系统级别上起作用，从而确保使用LIB的电能存储系统的整体安全性。这些热失控抑制策略可以是化学的，机械的，电气的或热的，以下步骤：（1）减少滥用情况的可能性；（2）一旦发生滥用情况，就消除它们；（ 3）增强电池单元在滥用条件下的热稳定性；（4）减少热失控情况下释放的能量；（5）识别潜在的热失控并尽早发出警告；（6）减轻传播危害并限制损害在有限的区域内。基于此，每个人都可以通过其独特的技术为提高LIB的安全性做出贡献。

文献链接：

https://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(20)30088-X?rss=yes

本文由eric供稿。