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Journal of the American Chemical Society导读:2019年3月刊-2019年4月刊

Journal of the American Chemical Society导读:2019年3月刊-2019年4月刊

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发布时间:
2020/02/11 19:24
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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Journal of the American Chemical Society期刊自2019年3月至2019年4月所有与二次电池相关的论文,共计6篇。

 

Journal of the American Chemical Society导读:2019年141卷13期(2019年3月刊)-2019年141卷17期(2019年4月刊)

 

 

Journal of the American Chemical Society 导读-2019年141卷17期

可溶性催化剂对Li-O2电池氧还原/析出的表面效应

从纳米尺度上理解催化机理对促进Li-O2电池的发展至关重要。近日,中国科学院化学所Rui Wen教授团队利用原位电化学原子力显微镜探究了使用DMSO电解液的Li-O2在电化学反应过程中的界面演化过程,从而进一步揭示了可溶性催化剂2,5-二叔丁基对苯醌(DBBQ)的表面催化机理。研究人员通过实时观测发现在放电过程中,含有DBBQ的电解液中会形成花瓣状Li2O2,而在不含DBBQ的电解液中则形成了小的环状物。一旦开始放电,在不含DBBQ的电解液中,Li2O2会低速地从底部到顶部发生分解,在含DBBQ的电解液中,是从外部到内部发生分解。在含DBBQ的电解液体系中,更大的放电产物和更有效的分解路径直接有效提升了DBBQ的催化活性。这项工作从纳米尺度上为可溶性催化剂DBBQ在Li-O2反应中的表面效应提供了直接的证明,并且对Li-O2电池性能的进一步优化至关重要。

该论文作者为:Zhen-Zhen Shen, Shuang-Yan Lang, Yang Shi, Jian-Min Ma, Rui Wen*, Li-Jun Wan.

复制此链接到浏览器可查看原文:https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/jacs.8b12183

标题:Revealing the Surface Effect of the Soluble Catalyst on Oxygen Reduction/Evolution in Li-O2 Batteries.

期刊信息:J. Am. Chem. Soc., 2019, 141 (17), pp 6900-6905. DOI: 10.1021/jacs.8b12183

 

原位7Li和非原位7Li/29Si固态核磁共振揭示锂离子电池SiO负极的反应机理

 

SiO是目前非常有前景的负极可代替材料之一,SiO具有比石墨负极更高的容量和比硅负极更好的循环性能。近日,英国剑桥大学化学院Clare. P. Grey教授课题组对SiO负极在锂化/去锂化过程中形成的锂硅化合物进行了彻底的分析,并将结果与纯Si负极进行分析比对。研究人员通过在不同温度下加热无定型SiO(a-SiO)成功制得一系列负极材料,随后进行XRD和29Si固态核磁共振分析,结果表明这些负极材料由大片无定型SiO2及其所围绕的小片硅区域组成,越高的热处理温度会导致晶粒尺寸和结晶度增大。结合原位7Li和非原位7Li/29Si固态核磁共振和更细节的电化学分析,表明在a-SiO锂化过程中会形成典型的相对较高Li含量的LixSi合金相(x=3.4-3.5),LixSi合金相通过无定型相中Si-Si连接度的变化,进而导致结构的连续变化而形成/分解。这种结构变化不同于纯硅电极通过一个两相反应形成/分解,最终变化成Li15Si4。SiO的反应路径取决于原材料中有序硅的粒径大小。当SiO2基材中的结晶区域尺寸大于3nm时,会在高的过电位下形成类似于Li15Si4的相。研究人员发现无定型LixSi与c-Li15Si4连续形成的相变,以及部分具有电化学活性SiO2/硅酸锂缓冲层,对a-SiO循环性能提升至关重要。

该论文作者为:Keitaro Kitada, Oliver Pecher, Pieter C. M. M. Magusin, Matthias F. Groh , Robert S. Weatherup , Clare P. Grey*.

复制此链接到浏览器可查看原文:https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/jacs.9b01589

标题:Unraveling the Reaction Mechanisms of SiO Anodes for Li-Ion Batteries by Combining in Situ 7Li and ex Situ 7Li/29Si Solid-State NMR Spectroscopy.

期刊信息:J. Am. Chem. Soc., 2019, 141 (17), pp 7014–7027. DOI: 10.1021/jacs.9b01589

 

Journal of the American Chemical Society 导读-2019年141卷16期

通过锂掺杂制备稳定的高性能钠离子电池用P2-Na0.66Li0.18Fe0.12Mn0.7O2正极

 

钠离子电池有望应用于大规模电力能源存储和低速电动汽车,但正极较差的容量保持率是其发展的瓶颈之一。受在过渡金属层中使用锂掺杂来稳定欠钠结构的启发,美国乔治亚理工学院Hailong Chen课题组成功设计和合成了一种新型的层状氧化物正极P2-Na0.66Li0.18Fe0.12Mn0.7O2,该材料表现出高达190mAh/g的容量,并能在较高电压范围1.5-4.5V循环80周后保持高达87%的容量。原位和非原位XRD和固态核磁共振等表征手段揭示了其良好的稳定性归因于锂在循环过程中的可逆迁移和有害的P2-O2相变的消除。

该论文作者为:Lufeng Yang, Xiang Li, Jue Liu , Shan Xiong, Xuetian Ma, Pan Liu, Jianming Bai, Wenqian Xu, Yuanzhi Tang, Yan-Yan Hu, Meilin Liu, Hailong Chen*.

复制此链接到浏览器可查看原文:https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/jacs.9b01855

标题:

Lithium-Doping Stabilized High-Performance P2 -Na0.66Li0.18Fe0.12Mn0.7O2 Cathode for Sodium Ion Batteries.

期刊信息:J. Am. Chem. Soc., 2019, 141 (16), pp 6680–6689. DOI: 10.1021/jacs.9b01855

 

Journal of the American Chemical Society 导读-2019年141卷15期

通过捕获氧自由基来促进金属-氧气电池中固态催化剂表面促进氧还原反应

 

非质子电解质中的氧还原反应(ORR)是金属-氧气电池中重要反应。从正极表面捕获和转移吸收的金属氧自由基中间体/产物对阐明ORR机理,加速ORR过程和改善金属-氧气电池的稳定性和能量密度是一项长期的挑战。近日,中国河南大学Yong Zhao教授课题组利用仿生的方法将正极固态催化剂和可溶性蒽醌分子配合使用,成功的开创了一种“酶-辅酶”复合催化机制,该机制能极大地提高固体催化剂ORR活性10倍,蒽醌的作用就是消除从正极材料表面到非质子电解质中捕获和转移的氧自由基。以锂氧电池为模型,在蒽醌分子存在的情况下,电池的放电容量显著提升了3倍以上。这是研究人员首次提出通过模拟生物辅酶辅助反应的概念来稳定和消耗氧自由基,这一反应将大大的加速提高固体催化剂的ORR效果和金属-氧电池的性能。

该论文作者为:Peng Zhang, Liangliang Liu, Xiaofeng He, Xiao Liu, Hua Wang, Jinling He, Yong Zhao*.

复制此链接到浏览器可查看原文:https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/jacs.8b13568

标题:Promoting Surface-Mediated Oxygen Reduction Reaction of Solid Catalysts in Metal–O2 Batteries by Capturing Superoxide Species.

期刊信息:J. Am. Chem. Soc., 2019, 141 (15), pp 6263–6270. DOI: 10.1021/jacs.8b13568

 

ZnCl2电解液构建反向双离子电池

 

双离子电池(DIBs)的正极和负极可以分别可逆地嵌入来自电解液的阴离子和阳离子。近日,美国俄勒冈州立大学Xiulei Ji教授和阿贡国家实验室Jun Lu研究员通过让负极吸收阴离子,让正极容纳阳离子,从而翻转了DIBs中阴离子/阳离子存储化学反应的顺序,实现了反向双离子电池的工作。研究人员采用的负极是一种二茂铁被包覆在微孔碳内的纳米复合材料,正极是一种嵌入锌离子的普鲁士蓝Zn3[Fe(CN)6]2。这种独特的电池结构得益于使用了30 m (质量摩尔浓度)ZnCl2“含水盐”电解质。这种电解质使二茂铁的溶解度降到非常低;它提高了正极中的阳离子的嵌入电位,降低了负极中的阴离子嵌入电位,因此与低浓度的ZnCl2电解质相比,整个电池的电压增加了0.35 V。反向双离子电池提供了一种新的电池构型,为缺阳离子正极材料的实用性提供了解决方案。

该论文作者为:Xianyong Wu, Yunkai Xu, Chong Zhang, Daniel P. Leonard, Aaron Markir, Jun Lu*, Xiulei Ji*.

复制此链接到浏览器可查看原文:https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/jacs.9b00617

标题:Reverse Dual-Ion Battery via a ZnCl2 Water-in-Salt Electrolyte.

期刊信息:J. Am. Chem. Soc., 2019, 141 (15), pp 6338–6344. DOI: 10.1021/jacs.9b00617

 

Journal of the American Chemical Society 导读-2019年141卷13期

深度充电下LiNi1-x-yCoxMnyO2晶格的塌陷与镍含量无关

 

锂离子的嵌入/脱出所引起的体积变化和所引起的机械失效是限制锂离子寿命的主要原因。LiNi1-x-yCoxMnyO2正极中,层状晶体结构在深度充电条件下会迅速发生各向异性的坍塌,通常认为是较高的Ni含量导致这一问题,并且能够通过元素取代来有效抑制这一问题。近日,德克萨斯大学奥斯汀分校 Arumugam Manthiram教授课题组研究发现充电时层状NCM晶格的塌陷是一种普遍的行为,几乎不受Co-Mn共同取代的影响。当锂的脱出量为80 mol%,无论镍含量为多少(90, 70, 50或33 mol%),c轴晶格的收缩率都为5%,且高镍a轴晶格收缩,低镍a轴晶格膨胀。研究人员进一步揭示了NCM中Co-Mn共取代几乎不会影响去锂化过程中的控制晶格畸变的几个关键结构参数。该研究成果强调了重新评估成分变化对高镍层状氧化物正极材料的影响,并基于此研究结果优化下一代高能锂离子电池的电荷存储能力。

该论文作者为:Wangda Li , Hooman Yaghoobnejad Asl, Qiang Xie, Arumugam Manthiram*.

复制此链接到浏览器可查看原文:https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/jacs.8b13798

标题:Collapse of LiNi1–x–yCoxMnyO2 Lattice at Deep Charge Irrespective of Nickel Content in Lithium-Ion Batteries.

期刊信息:J. Am. Chem. Soc., 2019, 141 (13), pp 5097–5101. DOI: 10.1021/jacs.8b13798