低碳技术与关键矿产的全球价值链重构:来自光伏、电池、氢能与矿产供应链的证据
Renewable and Sustainable Energy Reviews 刊发研究,基于光伏、电池、氢能与矿产供应链证据,探讨低碳技术与关键矿产的全球价值链重构。作者为 Lili Wang 与 Min Su,文章收录于该刊 2027 年 1 月第 244 卷第 C 部分。
Renewable and Sustainable Energy Reviews 刊发研究,基于光伏、电池、氢能与矿产供应链证据,探讨低碳技术与关键矿产的全球价值链重构。作者为 Lili Wang 与 Min Su,文章收录于该刊 2027 年 1 月第 244 卷第 C 部分。
Journal of Energy Chemistry 第124卷将刊发全固态锂硒电池正极工程综述,作者为 Zemin He、Tao Shen、Yanqing Zhang 等,Andreu Cabot 亦参与其中。文章梳理该体系正极的最新研究进展并展望未来方向。
《Journal of Energy Chemistry》第 124 卷刊发综述,系统梳理基于 NCM 正极的锂离子电池失效机制,覆盖从材料失效到工况影响两个层面。作者为 Tao Zhang、Kaihang Wang、Wenhao Gong 等,文章将材料层面的失效路径与运行工况对电池老化的作用联系起来。
发表于 Journal of Energy Storage 的研究显示,Yanbo Zhang 与 Qiangfeng Wang 通过小分子有机电解液添加剂的多功能协同调控机制,增强了水系锌离子电池的储能性能。
研究人员在 WSe₂@V₂C 复合材料中结合纳米限域与欧姆界面工程,用于高能钠离子电容器。该工作发表于 Electrochimica Acta 第 580 卷,作者包括 Xuezhao Wang、Guanghua Zhu、Jiaqi Cui 等。
Journal of Power Sources 刊发研究,通过杂原子掺杂工程调控钴锰硒化物的晶格与电子结构,以提升可持续储能与电催化性能。
研究采用高速均质化结合氟表面改性,对废 LiFePO4 正极进行直接再生,再生后正极的循环稳定性得到提升。该工作由 Yuqian Liu、Li Wang、Shiyuan Liu、Xiangming He 完成,发表于 Journal of Power Sources 第 697 卷。
一项发表于 Nature Communications 的研究利用物理感知 AI 生成超出既有数据分布的高保真微结构,得到双峰晶粒结构,从而同时提升强度与塑性。
研究提出功能基团导向策略,在 Cu 电极上原位构建有机-无机杂化 SEI,含氟硫添加剂的该界面杨氏模量达 54.7 GPa 并加速 Cu²⁺ 传输。Cu||Cu 电池在 5 mA cm⁻² 下循环超 2000 h,Cu–MnO₂ 全电池稳定运行超 2200 次循环,软包电池也表现出优异尺寸稳定性。
研究采用离子溅射技术在聚乙烯(PE)隔膜上涂覆 LAGP 纳米膜,并进一步用 Ni、Co 等铁性元素改性,以抑制 Li-S 电池中的多硫化物穿梭效应。SEM 表征了涂层隔膜的表面形貌,阶梯伏安法评估了涂层的电化学性能与改性效果。结果表明,带薄 LAGP 层的 PE 隔膜显著影响多硫化物扩散并抑制穿梭效应,从而减少 Li-S 电池中的不利过程。
研究采用 ReaxFF MD 与 DFT,揭示 LiFePO₄ 电池热失控中 SEI、聚烯烃隔膜与电解液的原子尺度耦合失效机制。多组分 SEI 模型中组分丰度决定其热稳定性,氧化铝涂层聚乙烯隔膜通过空间锚定保持结构完整;耦合 SEI-电解液-隔膜模型进一步显示,SEI 与隔膜失稳会协同加速电解液降解。
一种基于 Zn(ClO₄)₂、乙二醇、1,5-戊二醇和 H₂O 的水合共晶高熵电解液,通过偶极相互作用协同调控焓熵,在零度以下仍维持缓冲的 Zn²⁺ 传输并诱导 Zn(002) 织构沉积。
一种利用 Ga-In-Sn 液态金属本征流动性与亲钠性构建的可规模化改性集流体 LM@Cu,通过液态金属与 Na 的合金化反应降低成核势垒、促进均匀沉积并抑制枝晶与死钠生成。
研究人员将膦酸基功能化聚羧酸醚(P-PCE)引入 PEO 固态电解质,通过多 Li+ 配位机制解离锂盐、打破 PEO 链对 Li+ 的强螯合,并构建高熵溶剂化结构与长程 Li+ 传输通道。
Faraday Institution 发布电池供应链氟化合物向土壤、水和空气排放的全生命周期数据,版本为 v2,随附 Figure 4 电池全生命周期排放图(2.3 MB)。该数据集于 2026 年 9 月 28 日发布,聚焦电池供应链的环境排放核算。
研究在混合离子电子导电(MIEC)石榴石多孔骨架中实现均匀锂沉积,骨架本征电子导电性使锂沿内部孔表面形核并快速形成共形锂层,在极低锂体积分数下建立电子连通,从而大幅降低负极阻抗,实现可逆镀锂/脱锂,库仑效率达 99.95%。
推荐理由:该工作用 MIEC 石榴石骨架把无锂负极的锂形核问题转化为渗流输运过程,并给出 99.95% 库仑效率的室温无压循环结果。
该研究提出氟化梯度设计策略,通过 0F-、2F-、4F-COF 人工 SEI 层调控锂金属电池 SEI 中的 LiF 含量。
一种链式网络(CN)微硅电极架构通过单壁碳纳米管紧密包裹并互连微米硅颗粒,在嵌锂时施加压应力、分散内部应变,抑制裂纹与空洞形成。该CN-Si电极在3C下容量保持率达78%,与NCM811正极配对的全电池在5C高倍率下循环3000次后容量保持78.8%,性能显著优于采用聚合物或炭黑粘结剂的传统硅电极。
研究通过系统筛选商用石墨、PC 基电解液与聚合物粘结剂,表明石墨中的溶剂共嵌入是恒流极化下常规 Li+ 嵌入与溶剂辅助嵌入竞争的系统级动力学结果。作者提出最低可达电位 P_LA 这一半定量操作描述符,用于刻画石墨-电解液体系在给定测试条件下被极化到 PC 共嵌入占主导之前的程度。
推荐理由:原文提出最低可达电位描述符,把溶剂化、界面化学与工况统一到同一动力学框架中解释 PC 共嵌入。
将亚硫酸乙烯酯(ES)加入常规碳酸酯电解液,利用硫中心亚硫酸酯基团与碳中心碳酸酯基团的电子差异重构溶剂-阴离子竞争,促进 PF6− 进入 Na+ 内溶剂化鞘并降低去溶剂化势垒。2.34 Ah NaNi0.33Fe0.33Mn0.33O2||硬碳软包电池在室温下循环 3500 次后容量保持 81.29%(相当于连续循环超过一年),并在 −20°C 至 50°C 区间稳定运行。
研究人员开发了一种由磺化聚苯硫醚(SPPS)纳米纤维沉积在聚丙烯(PP)基底上的不对称隔膜,用于水系锌金属电池。该隔膜靠正极侧为亲水富水区、靠锌负极侧为疏水贫水区,通过磺酸基与[Zn(H₂O)₆]²⁺的强离子-偶极作用促进去溶剂化,抑制锌枝晶沉积,同时加速正极Zn²⁺嵌入/脱出动力学。
综述指出,ToF-SIMS 凭借 ppm-ppb 级表面灵敏度、横向 < 50 nm 与深度 < 1 nm 的空间分辨率及高质量分辨率,可对电极-电解质界面(EEI)进行多维表征。
一篇综述系统梳理了动态聚合物在锂电池三大领域的应用进展:聚合物电解质设计、界面工程与粘结剂开发。这类材料依靠氢键、二硫键、硼酸酯键和亚胺键等动态共价键或非共价相互作用,实现自愈合、可回收与机械自适应,可提升界面稳定性、抑制锂枝晶生长、缓冲电极体积变化并支持电池组分闭环回收。文章最后指出该领域现存挑战与未来方向。
研究揭示镁金属负极快充失效源于界面强溶剂屏蔽,提出引入不对称共溶剂、借电场诱导偶极重排调控界面溶剂化结构的电解液策略,降低溶剂化重组能与电子转移活化能垒。该电解液实现10 mA cm⁻²下超稳定镁沉积/剥离(过电位<0.3 V,1000 h),搭配Mo₆S₈在5C下容量65 mAh g⁻¹,搭配氟化石墨在10C下超350 mAh g⁻¹。
Ta 通过短程 Ta─O─Co 耦合调控 Co─O 局部电子结构,增大 Co 3d 与 O 2p 能级间距并削弱二者有害带重叠,从而抑制析氧、促进 Li+ 扩散并稳定深度脱锂态晶格氧。Ta@LCO 正极在 3.0–4.6 V、1C 下 600 次循环容量保持 91.2%,5C 下 1000 次循环保持 80.9%,在 4.7 V 超高电压下 550 次循环仍保持 71%。
钠离子电池首次循环中钠离子的不可逆消耗导致初始库仑效率低和容量快速衰减,预钠化被视为补偿钠损失的关键策略。该综述将物理、电化学、化学及添加剂型预钠化策略的机理与电化学性能、界面理化性质、电极结构演化整合为多维评估框架,并结合 operando 与原位表征解析补偿机制。基于可控性、可扩展性和制造兼容性的比较分析,为预钠化方案选择提供决策指南。
研究建立了一个统一的过锂化模型,将 NCM333/523/811 等正极的过锂化过程划分为嵌入反应区和转化反应区。嵌入区中过量锂通过成分依赖的顺序还原机制进入层状结构:NCM333 先由 Co³⁺/²⁺ 还原引发,第二平台由 Mn⁴⁺/²⁺ 主导;非等摩尔 Ni-Mn 体系则优先顺序还原 Ni³⁺/²⁺ 和 Co³⁺/²⁺,Mn⁴⁺/²⁺ 还原被大幅推迟。
中熵尖晶石正极 ZCNCMO(Zn0.86Co0.28Ni0.04Cu0.03Mn2O4)通过多阳离子协同抑制元素偏析与活性物种溶解,在 0.5 A g−1 下比容量达 520 mAh g−1,2 A g−1 下 2600 次循环容量保持率 98.3%。软包电池循环超 1000 次,基于活性物质能量密度 239.9 Wh kg−1,实际达 56.3 Wh kg−1,并通过钉刺与切割安全测试。
一种化学-机械自适应 MXene–Si–Ag 双种子杂化界面层被用于稳定硫化物全固态电池的锂金属负极界面,其中 Si 提供固定锚定与离子通路,Ag 随锂通量动态再分布调控成核。
金属氟化物(MₓFᵧ)通过与 Li 反应生成含 LiF 的稳定界面层,可调控 Li⁺ 通量并促进均匀沉积,从而实现无枝晶、高容量锂金属负极。该综述系统梳理了 MₓFᵧ 在人工 SEI、亲锂 3D 宿主、隔膜修饰层和电解液添加剂中的应用,并讨论了软包电芯层面的实际性能与商业化前景。
研究团队用水相合成法制备出 W/I 共掺杂的 Na2.8Sb0.9W0.1S3.9I0.1 硫系固态电解质,离子电导率达 10.3 mS cm−1,为湿化学法制备的 SSE 中最高纪录。
受植物表皮吸收养分启发,研究者构建了梯度仿生多层自组装 SEI:外层疏水层营造贫水界面抑制析氢并促进 Zn²⁺ 去溶剂化,中间交联层稳定 SEI 并捕获 SO₄²⁻,最内吸附层引导 Zn 沿 (002) 晶面均匀沉积。
通过锂辅助剥离与冷冻干燥制备的 1T/2H-WS2@rGO/MWCNTs 复合负极,利用 rGO 与 MWCNTs 诱导 WS2 部分 2H→1T 相变并稳定金属 1T 相。
研究提出亲核阴离子调控溶剂化策略,让 NO3− 优先进入 Li+ 溶剂化鞘并替换配位 PC 分子,同时不牺牲离子电导率。对六种锂盐阴离子的模拟显示,引入 LiNO3 后溶剂分离离子对减少 26%,接触离子对和聚集体分别增加 19% 和 7%,促进 Li+ 去溶剂化并形成富 Li3N 无机 SEI,抑制 PC 共嵌入石墨。
推荐理由:针对 PC 基电解液与石墨负极不兼容的难题,提出亲核阴离子调控溶剂化结构,兼顾离子电导与低温快充性能。
研究团队采用原位熵工程策略构建多元素共掺杂的富镍结构正极,通过强晶格钉扎效应抑制晶格氧逸出并缓解嵌锂/脱锂过程中的各向异性内应变。该结构电池在0.3C下比容量达122.34 mAh g⁻¹,200次循环容量保持率82.25%,优于常规NCM811;同时拉伸强度206.05 MPa、弯曲强度122.35 MPa,在持续静态原位机械载荷下容量衰减近乎为零。
研究用 Ti⁴⁺、Ta⁵⁺、W⁶⁺ 多价掺杂调控富镍 Li[Ni₀.₉₂₁Co₀.₀₆₉Al₀.₀₁]O₂(NCA92)正极微观结构,发现 W 掺杂形成径向排列柱状一次颗粒,可抑制微裂纹、缓解二次颗粒内相梯度并保持 Li-ion 扩散通道,从而提升容量、倍率与循环保持率。TEM 显示 W 掺杂抑制了表面到内部的电化学不均匀性。
Chengwei Gao、Yuanzheng Yue、Changgui Lin 等通过水系策略合成出高电导率硫系固态电解质 Na3-2xSb1-xWxS4-xIx。研究发现,驱动该电解质化学降解的主导因素是氧气而非水分,原因是其氧化电位更高、分解势垒更低。该工作为高性能全固态钠电池提供了一条可规模化路径。
一种嵌入石墨基体的 15 wt.% 硬碳(HC)渗流网络可重新分配离子通量,抑制石墨向高应变 stage 1(LiC₆)相变并降低晶格应变。NCM523‖Graphite/HC 软包电芯在 -20°C、4C 倍率下实现 2250 次循环、88% 容量保持,并可在 8C、-40°C 下稳定运行。该网络掺杂策略为全天候高功率电池提供了可规模化的设计思路。
一篇综述提出以界面电子密度和费米能级对齐为核心的统一电子结构框架,解释导电碳引发的电解液分解、析氢与结构衰减等寄生反应。碳存在有限的电子稳定窗口:电子过供给驱动还原副反应,电子耗尽则引发氧化衰减。综述总结了费米能级工程、缺陷态优化及体相电子传输与界面电子注入解耦等策略,以抑制寄生反应并提升循环稳定性、能量效率与耐久性。
通过电子自旋态调控策略,Na4Fe2.94Mo0.03Co0.03(PO4)2P2O7(MC-NFPP)将 Fe 从中间自旋向高自旋转变,高自旋 Fe2+ 占比从 65.0% 升至 79.2%,同时缩小带隙并降低 Na+ 迁移势垒。该材料将单胞体积波动从 5.78% 降至 3.89%,在 30 C 下实现 89.2 mAh g−1 可逆容量,全电池 1200 次循环后容量保持 96.8%。