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【科海导航】Joule导读:2019年4月刊-2019年5月刊

【科海导航】Joule导读:2019年4月刊-2019年5月刊

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2020/02/11 19:19
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序言

 

天目湖先进储能技术研究院公众号科海导航板块旨在为所有从事二次电池研究的人员提供本领域最前沿、最热点、最经典的研究资讯。

我们将聚焦目前二次电池研究领域高水平期刊论文进行中文导读。由于水平有限,不免出现不精准乃至谬误之处,如若发现不当之处,烦请各位专家学者留言指正。留言经编辑确认后,会显示在导读下方,供其他读者参考。

(导读期刊包括但不限于Science, Nature, Nature Energy, Nature Material, Nature Chemistry, Nature Communication, Journal of the American Chemical Society,Energy & Environmental Science, Joule, Advanced Material , ACS Energy Letters等。)

本期文章梳理了Joule期刊自2019年4月至2019年5月所有与二次电池相关的论文,共计6篇。

 

Joule导读:2019年3卷4期(2019年4月刊)-2019年3卷5期(2019年5月刊)

 

 

Joule导读-2019年3卷5期.

冶金级纳米硅在能源领域的应用

硅作为地球上第二大丰富的元素,在过去、现在以及将来都会对人类文明发展产生重要的影响。硅的产量从1964年的1100万吨持续上升至2016年的7200万吨。目前,中国是硅的主要生产国,占据了超过60%的市场份额。纯度在15%-90%的低级硅铁合金和纯度高达99%的冶金级硅最主要应用于铝、钢铁以及化工行业。极少部分的冶金级硅进一步提纯至纯度高达99.9999%的太阳能级硅,应用于光伏产业中,还有纯度高达99.9999999%的电子级硅应用于微电子行业中。高纯度硅需求的稳定增长主要是因为光伏和微电子产业超过15%的复合年增长率。然而,生产高纯度硅需要消耗大量的能量,同时排放大量的污染和二氧化碳。近日,德国马丁路德·哈勒维腾贝格大学的Ralf B. Wehrspohn教授和中科院上海高等研究院的Xiaopeng Li教授合作探索了使用可再生能源,节能的湿法化学和电化学来减少硅生产企业的碳排放。同时探讨了纳米结构硅在分解水和锂离子电池中的应用。研究人员坚信资源丰富的硅不仅能充当能源载体,而且在未来能源体系中将会进一步发挥更大作用。

该论文作者为:Xiaopeng Li, Ralf B. Wehrspohn*.

原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此链接查看原文:https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2542435119301655)

标题:Nanometallurgical Silicon for Energy Application.

期刊信息:Joule., 2019, 3 (5), pp 1172-1175. DOI: 10.1016/j.joule.2019.03.025

 

Joule导读-2019年3卷5期.

利用有机正极材料改善全固态电池中活性材料与固态电解质界面问题

与锂离子电池相比,全固态钠离子电池因为其较高的安全性和低廉的价格正逐渐受到更多的关注。然而,全固态钠离子电池由于其电极-电解质界面问题尚不能完全满足商业化应用的需求。尽管已经有文献报导了钠离子在固态硫化物电解质中有较高的电导率,然而大多数全固态钠离子电池的循环性能始终较差。近日,美国休斯敦大学的Yan Yao教授研究发现了具有中等氧化还原电位的有机正极材料能形成可逆的正极-电解质界面。有机正极材料独特的弹性特点能保证循环过程中正极与电解质的紧密接触。有机正极材料的优点导致了优异的电池性能,这些为全固态钠离子电池设计电极-电解质界面提供了新的角度。

该论文作者为:Fang Hao, Xiaowei Chi, Yanliang Liang, Ye Zhang, Rong Xu, Hua Guo, Tanguy Terlier, Hui Dong, Kejie Zhao, Jun Lou, Yan Yao*.

原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此链接查看原文:https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2542435119301576)

标题:Taming Active Material-Solid Electrolyte Interfaces with Organic Cathode for All-Solid-State Batteries.

期刊信息:Joule., 2019, 3 (5), pp 1349-1359. DOI: 10.1016/j.joule.2019.03.017

 

Joule导读-2019年3卷5期.

一种以MOF为主体的高度可逆无枝晶锌金属负极

 

由于金属锌固有的特点,水系锌基电池和超级电容器是电化学储能器件中最有前景的器件之一。然而锌负极在温和电解质中的稳定性仍受枝晶生长、析氢和形成非活性死锌的限制。近日,中国复旦大学王永刚教授报导了一种在500℃下处理过的ZIF-8材料作为主材,用于制备高度稳定和无枝晶的锌金属负极。ZIF-8-500负极表现出高度可逆的锌的沉积/溶解,接近100%的库伦效率和无枝晶锌。这种新颖的Zn@ZIF-8-500负极与活性炭正极或者I2正极配合使用表现出了优异的性能。这项工作为开发高度可逆的锌金属负极提供了一种低成本的新方法。

该论文作者为:Zhuo Wang, Jianhang Huang, Zhaowei Guo, Xiaoli Dong, Yao Liu, Yonggang Wang*, Yongyao Xia.

原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此链接查看原文:https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2542435119300923)

标题:A Metal-Organic Framework Host for Highly Reversible Dendrite-free Zinc Metal Anodes.

期刊信息:Joule., 2019, 3 (5), pp 1289-1300. DOI: 10.1016/j.joule.2019.02.012

 

Joule导读-2019年3卷5期.

固态电池正极涂层的计算机筛选

 

锂离子电池中易燃的有机电解液具有严重的安全隐患。在固态电池中,使用无机固态电解质代替液态电解质,大大地提高了电池的安全性。然而正极与电解质界面的固固接触是不稳定的,导致在使用过程中产生很高的界面电阻。使用另外一层涂层充当缓冲层可以有效地改善界面稳定性。然而,目前为止的研究尚未发现优化过的缓冲材料。近日,美国加利福尼亚大学伯克利分校Gerbrand Ceder教授开发并使用计算机体系来筛选广泛的化合物,这些化合物将被用作氧化物正极和硫化物固体电解质之间的缓冲层,并且进一步确定影响这些化合物稳定性的关键因素,如锂含量和氧键价态。其中许多的材料都是聚阴离子氧化物,这种材料的性能超过了传统的氧化物缓冲缓冲层。该项工作为下一代固态电池的遴选提供了指导。

该论文作者为:Yihan Xiao, Lincoln J. Miara, Yan Wang, Gerbrand Ceder*.

原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此链接查看原文:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2542435119300868)

标题:Computational Screening of Cathode Coatings for Solid-State Batteries.

期刊信息:Joule., 2019, 3 (5), pp 1252-1275. DOI: 10.1016/j.joule.2019.02.006

 

Joule导读-2019年3卷4期.

钠金属固态电池的反应活性驱动界面设计

 

锂离子或钠离子电池中,传统的易燃性液态电解质正逐渐被无机固态电解质所取代来提升安全性,同时理论上能量密度也能得到了提升。虽然已经发现了许多超离子导体,能与锂和钠金属结合的导体仍具有挑战,因为大多数固态电解质是由碱金属还原得到的,并形成降低电化学性能的反应层。近日,美国劳伦斯伯克利国家实验室的Shou-Hang Bo教授和加利福尼亚大学伯克利分校的Gerbrand Ceder教授合作报导了在固态电解质和钠金属负极之间来构造一层钝化界面层来提高界面稳定性。与其它非本征钝化层不同的是,这种本征钝化界面可以在它受损或新的金属界面形成时重新形成,在电池的循环过程中碱金属沉积到负极会不可避免的发生。

 

该论文作者为:Yaosen Tian, Yingzhi Sun, Daniel C. Hannah, Yihan Xiao, Hao Liu, Karena W. Chapman, Shou-Hang Bo*, Gerbrand Ceder*.

原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此链接查看原文https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2542435118306251)

标题:Reactivity-Guided Interface Design in Na Metal Solid-State Batteries.

期刊信息:Joule., 2019, 3 (4), pp 1037-1050. DOI: 10.1016/j.joule.2018.12.019

 

Joule导读-2019年3卷4期.

锂离子电池用高容量锌-锡交错共晶合金负极

 

先进锂离子电池中负极容量是一个重要的关键技术瓶颈。尽管目前纳米结构合金负极是极具前景的,但是大量的加工成本和较差的容量限制了他们的商业化应用。近日,德州大学奥斯汀分校的Arumugam Manthiram教授报导了一种低成本制备纳米结构箔材负极的方法,该方法被认为可取代传统负极材料制备方法。采用这种交错共晶合金结构有很明显的优点,由于采用了全新的电极结构,所以能够明显提高容量和降低制造难度。这种结构可以排除镀锂的风险,提升与碳酸丙烯酯的兼容性,极大地提高了电池的安全性。目前为止该结构几乎未被探索过,而且具有远超目前报导过最高水平的性能。

该论文作者为:Brian Theodore Heligman, Karl JosephKreder, Arumugam Manthiram*.

原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此链接查看原文https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2542435119300340)

标题:Zn-Sn Interdigitated Eutectic Alloy Anodes with High Volumetric Capacity for Lithium-Ion Batteries.

期刊信息:Joule., 2019, 3 (4), pp 1051-1063. DOI: 10.1016/j.joule.2019.01.005