硫基液流电池走向可部署系统:Lu Yi-Chun 团队谈部署如何重塑研究优先级
Yi-Chun Lu 团队在 Nature Energy 观点文章中讨论硫基液流电池从低成本材料走向可部署系统的问题,指出商业化成功不只取决于活性材料成本。文章分析部署需求如何重塑研究优先级,并梳理决定技术转化的科学与工程瓶颈。
Yi-Chun Lu 团队在 Nature Energy 观点文章中讨论硫基液流电池从低成本材料走向可部署系统的问题,指出商业化成功不只取决于活性材料成本。文章分析部署需求如何重塑研究优先级,并梳理决定技术转化的科学与工程瓶颈。
该综述系统梳理了纤维素、壳聚糖、细菌纤维素及其衍生物等生物质基纤维材料的分级结构特征与分类体系,并总结其作为固态/液态电解质、隔膜、电极和粘结剂在锂基、锌基等金属电池中的关键作用。合理架构设计可提升离子电导率、界面稳定性与机械完整性,为抑制枝晶生长和循环不稳定提供策略。未来方向聚焦精准分子设计、可规模化制备与标准化评价协议。
一篇综述重新审视硬碳负极的位点分辨储钠机制,指出斜坡容量与平台容量的早期归属(吸附、嵌入或孔填充)往往依赖样品,可能过度解读单一表征信号。文章聚焦低压平台,讨论单层Na积累、准金属Na团簇、闭孔填充及剩余孔体积悖论,并评估WAXS/XRD、SAXS、XPS、Raman、NMR、滴定与理论模拟在判定储钠状态上的优劣。
该综述从面向过程的视角系统分析非水液态电解液锂金属电池的界面过程,采用包含离子传输、去溶剂化、界面传输、电荷转移、成核与形貌演化六个步骤的动力学框架。文章先讨论电极-电解液界面的基本结构与动态演化,并概述跨多个长度与时间尺度的先进表征技术,随后按电解液添加剂、人工保护层与溶剂化调控设计三类策略,梳理其在六步过程中调控关键动力学步骤的作用与机制。
这篇综述系统梳理了水系 Zn-I₂ 电池从实验室走向实用化的近期进展,聚焦碘物种转化路径、多碘化物中间体演化及其与 Zn 沉积/剥离的耦合机制。文章总结了物理限域、化学吸附、超分子识别、催化转化、界面调控与电解液工程等抑制多碘化物溶解迁移、加速碘氧化还原动力学并稳定 Zn 负极界面的策略。综述还重点关注高碘负载与软包电芯条件下的实际能量密度及衰减机制。
水系铵离子电池(AAIBs)电解液存在氢键悖论:富氢键网络实现超快 NH4+ 传输,却同时加剧水分解、削弱电解液稳定性。该综述首次系统分析氢键网络的双重作用,评估阴离子工程、盐浓度调控、pH 调节、有机共溶剂设计、功能添加剂引入与半固态电解液构建等策略及其权衡。文章进一步提出耦合反应电池、界面建模、机器学习辅助电解液发现与可持续铵源四个未来方向。
一篇发表于 Advanced Materials 的综述系统梳理了金属氧化物、硫化物、氮化物、碳化物及 MXene 基无机隔膜在锂硫电池中的作用,指出其已从被动抑制多硫化物穿梭转向主动调控反应路径。
该综述提出跨微观、介观、宏观三个尺度的框架,用于理解和优化高负载水系锌离子电池(AZIBs)正极的离子传输。微观层面讨论了掺杂、空位与层间距调控对电子结构、Zn²⁺扩散和结构稳定性的影响;介观层面关注孔隙率、迂曲度与厚电极中的电荷传输;宏观层面强调电极平衡与电解液管理。文章还展望了原位表征、跨尺度建模、数据驱动材料发现与可规模化制造等方向。
一项定性元综合研究整合了硅负极工程、预锂化策略与循环寿命优化三条技术路线,DOI 为 10.5281/zenodo.23538527。该研究以元综合方法梳理硅负极在锂离子电池中的工程化路径与寿命提升手段,原文未披露具体电芯型号、参数规模或 benchmark 数据。
一篇综述分析了高熵材料如何通过熵工程调控正极、负极、电解液与界面,将构型无序转化为功能无序,从而稳定单相结构、拓宽 Na+ 传输路径并抑制相分离与界面副反应。文章还汇总了可跨研究比较的定量描述符与最低报告指标,并提出将体相离子传导与溶剂化/去溶剂化及界面传输联系起来的熵–渗流统一框架。
这篇综述系统梳理了固态电池中硅负极的界面介导结构工程策略,按硅与固态电解质的耦合方式将已有结构分为三类,并总结其设计原则、多尺度构建方法与增强机制。文章还厘清了界面相容性、电子与离子传输、应力松弛及硅与固态电解质副反应之间的协同关系,并讨论了可规模化制造工艺与可持续监测方法。最后归纳各类结构的优缺点,展望低压力运行下兼顾能量密度、功率、耐久性与可制造性的硅基电极技术方向。
综述提出以“生物质DNA树”框架梳理生物质DNA从宏观生物资源向功能材料的转化,涵盖3D交联水凝胶基质、可回收生物塑料、有机凝胶与纤维,以及超级电容器、电池和界面层等储能应用。文章还总结了DNA在催化、软体机器人、OLED、医用贴片、神经形态器件和光电导体等方向的进展。
这篇综述系统梳理了锂金属在集流体上沉积的基本原理,以及通过界面与结构工程提升可逆性的近期策略,包括合金化与涂层、晶体取向调控、平面到三维结构转变。作者指出改性引入的质量与体积以及电化学过程带来的锂库存变化常被忽视,并提出 Thin-Li 基准与定量能量密度评估,将代表性改性策略与受限锂库存电池对比。
推荐理由:该综述把集流体改性的质量、体积与锂库存代价纳入能量密度核算,为判断改性是否带来系统级收益提供量化判据。
这篇综述系统梳理机器学习原子间势(MLIP)从描述符模型、带不确定性量化的高斯过程到等变图神经网络和大规模数据集训练的基础模型,指出 MLIP 可基于 DFT 数据实现 10^4–10^6 原子、纳秒尺度的原子模拟。
该综述将硅基负极的衰减归纳为五条路径:活性材料机械与结构劣化、电极完整性与电接触丧失、SEI 反复破裂变形的机械失稳、SEI 溶解与再生成的化学失稳,以及锂捕获导致的不可逆容量损失。文章按颗粒尺度(硅本征因素与外部因素)、电极尺度(机械与电连续性破坏)展开,并把 SEI 失稳区分为机械与化学两类机制,最后讨论硅与石墨混用时由两者机械和热力学相互作用引发的串扰衰减。
该综述系统梳理弱溶剂化电解液(WSEs)的工作机制、结构设计策略与界面化学,指出其通过削弱 Li+ 配位、促进阴离子主导的溶剂化来加速去溶剂化与界面电荷转移,从而改善零下温度下的均匀锂沉积、无机富集 SEI 与稳定循环。文章还讨论了高浓度与局部高浓度电解液因黏度过高和 Li+-溶剂结合过强而限制低温动力学的不足,并提出定量溶剂化-性能关联、数据驱动电解液设计、界面诊断与可扩展性等未来方向。
来自剑桥大学、CIC energiGUNE、于利希研究中心等机构的15位作者发表Perspective,批判性综述液态与固态电解质无负极电池的最新进展,评估其能量密度、制造成本与可持续性优势及实用电芯性能。
该综述系统梳理机器学习在液态电解液设计中的应用,围绕离子传输、电化学窗口与界面稳定性三类相互耦合的目标,介绍面向电解液化学的数据集构建与特征表示方法。文章进一步评述离子传输预测、界面调控与多目标优化的 ML 策略,并给出可操作的设计原则。作者同时指出数据质量、模型泛化性与可解释性等现存挑战,以及机理驱动、可迁移 ML 框架的发展方向。
综述聚焦添加剂辅助锌空混合电池(ZAHB),将添加剂氧化与氧还原耦合,实现高理论能量密度、更低充电电压及有机物或废水电化学升级。文章梳理废水净化型、增值型和氧化还原介导型三类ZAHB的替代阳极氧化反应(醇、尿素、肼、碘氧化)与催化机理,并总结电子、几何与界面调控的催化剂设计策略及剩余挑战。
该综述系统梳理了钠金属电池(SMBs)的主要实用瓶颈,并指出固体电解质界面膜(SEI)是克服这些挑战的关键中介,系统阐述了其形成机制。文章全面评述了溶剂工程、盐化学优化、添加剂利用及高浓度、局部高浓度、弱溶剂化电解液等策略,用于调控 Na+ 传输并构建机械稳健、离子导电且电子绝缘的 SEI 层。
该综述聚焦MAX相及其衍生物在电化学储能与转换中的成分设计、结构调控与衍生物工程,梳理从MAX相到MXenes等功能材料的成分-结构演化如何影响电荷存储机制、反应动力学与长期稳定性。文章覆盖二次电池、超级电容器与电催化三类应用,并提出基于成分-结构-功能关系的设计原则以指导MAX基材料的理性设计。
一篇发表于 Advanced Materials 的综述指出,AI 方法可从科学文献中提取并整合实验数据,构建材料领域专用数据集与语言模型,弥补机器学习模型长期依赖计算数据的短板。
一篇发表于 Advanced Materials 的综述将固态电池界面失效机制与自愈策略相连接,梳理了物理流动、化学修复、外部刺激响应和电场辅助四类修复路径。文章指出,涂层和电极结构优化等传统静态手段难以适应循环中界面损伤的动态演化,而动态界面自愈是实现耐用、低压力固态电池的可行路线。
一篇综述总结了铁基液流电池(IRFBs)的主要衰减机制,并梳理了以代表性螯合官能团构建的螯合改性体系的研究进展。文章重点关注螯合作用对异质界面不稳定性、副反应和反应动力学的影响,最后讨论了配体设计、电解液兼容性、机理认知与实际应用方面的挑战与方向。
一篇发表于 Advanced Energy Materials 的综述提出以描述符驱动的机器学习框架实现电解液理性设计,指出现有 ML 研究多依赖稀疏性能数据、物理可解释性有限。
一篇综述提出 Diagnosis-Mechanism-Mitigation(D-M-M)框架,通过交叉验证从电子结构到电芯级别的多模态诊断证据,解码全固态锂电池层状正极的多尺度衰减。文章将衰减分为界面衰减(化学分解、空间电荷层形成、高阻界面相生长)与正极体相衰减(结构相变、阳离子无序、氧流失、微结构开裂),并评估机器学习与 AI 在解读复杂诊断数据集、指导预测性正极设计方面的作用。
Journal of Power Sources 刊发综述,系统梳理锂基电池凝胶聚合物电解质面临的挑战、研究进展与未来方向。作者为 Mohsin Rasheed、Rui Wang、Shuhui Wang、Mubashar Ilyas、Wenting Li 与 Huan Pang,文章收录于第 698 卷。
该综述首次在微观与介观尺度系统分析天然大分子聚合物的结构/表面特性与锌负极优化效果之间的结构-功能关系,并阐明相关调控机制。文章按不同优化策略梳理天然聚合物优化锌负极的研究进展,揭示聚合物结构/性质、优化策略与调控机制之间的相互关系。综述还指出天然聚合物在优化锌负极方面面临的关键挑战,并展望了构建超稳定锌负极的未来研究方向与工程策略。
一篇系统综述梳理了 MXenes 及其他代表性二维材料的拓扑化学工程(TE-2DMs),将策略归纳为转化、终止、取代、转变四类,并给出概念框架与分类标准。文章重点讨论 TE-2DMs 在电化学储能与转换中的结构—性能关联,总结设计原则与实施指南,并指出该领域的关键挑战与新兴机遇。
一篇综述系统梳理了可充电电池中内建电场(BIEF)的形成机制,指出其源于界面电位差、极化与结构梯度,可在无外部偏压下自发形成并调控局部电位分布。文章总结了 BIEF 在正极、负极与电解液中对离子/电子传输、反应前沿、应力分布与界面稳定性的作用,并归纳了异质界面、极化结构与成分/缺陷梯度等构建策略及表征与理论计算方法。
一篇发表于 Advanced Materials 的综述系统梳理了主客体工程在先进电池中的应用,覆盖液态电解质、固态与准固态电解质、电极-电解质界面以及固-液转换正极四类场景。文章通过跨场景定量比较指出,有效调控需要在客体调控效果与客体动态灵活性之间取得平衡,而非单纯追求最大化结合或限域。未来方向包括集成主客体结构、拓展电池体系、自适应主客体环境及过程特异性相互作用窗口的定量测定。
这篇综述系统比较了铝硫(Al–S)电池基于S还原(S⁰/S²⁻)与S氧化(S⁰/S⁴⁺)的双电化学机制,指出多硫化物穿梭、Al枝晶生长和电解液不稳定是核心挑战。
Journal of Energy Storage 刊发综述,梳理极端温度下锂离子电池的电解液工程、电极设计与隔膜优化三方面进展。作者为 Jinhao Liu、Hangqi Liao、Liyu Zhang、Tong Xiao,论文收录于该刊第 182 卷 Part F。
这篇发表于 Journal of Power Sources 的综述系统梳理了用于锂离子电池热失控防护的功能隔膜,提出"多级安全防御"框架。文章由 Wenting Chen、Wending Chen、Guoqiang Song 等人完成,聚焦隔膜在热失控防护中的功能化设计。
一篇发表于 Renewable and Sustainable Energy Reviews 的综述对钠离子、锌空气和铝离子三类新兴电池体系进行了生命周期评估对比。作者为 Abdulmonem Fetyan、Zishan Shaikh、Syed Nasir Shah、Mohamed Adel Allam、Hemant Mittal 和 Ahmer A.B. Baloch。
一篇综述系统梳理了熵调控策略在钠离子电池(SIBs)和钾离子电池(PIBs)正极、负极及电解质工程中的机理与应用。中高熵设计凭借高构型熵实现晶体结构热力学稳定并抑制相变,同时诱导缓慢扩散以延缓元素迁移和副反应,还能在电极-电解质界面构建稳定界面膜,提升离子传输效率与化学稳定性。
一篇综述讨论了纤维素基材料在锌电池中的离子传输、界面化学与结构稳定性整合机制。富含羟基和羧基的结构可调控离子与水环境,多孔网络支撑传输、界面接触与机械完整性,应用于界面、电解液、隔膜和电极可促进反应更均匀、延长循环并提升可持续性。
这篇综述系统梳理了喷墨打印墨水在电化学储能器件中的应用,涵盖材料选择、墨水配方与功能层工程三个层面。文章发表于 Renewable and Sustainable Energy Reviews 2027 年 1 月第 244 卷 Part C,作者为 Jingcheng Xia、Dan Ding、Yuxuan Luo 和 Xin Wu。
这篇综述系统梳理了 Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn 七种过渡金属基 MOF 在先进储能器件中的应用。文章发表于 Renewable and Sustainable Energy Reviews 第 244 卷 Part C,作者为 Muhammad Shahbaz 等。
《Renewable and Sustainable Energy Reviews》将刊出综述,提出下一代电池安全的整体策略,覆盖从先进材料、全电芯制造到安全管理的完整链条。