表面氟化导电碳实现石墨负极电子/离子耦合传输
气相氟化策略将商用纳米导电碳 Super P 转化为表面氟化导电碳 F-SP,通过半离子型极性 C-F 物种增强电解液浸润性与 Li+ 亲和力,并在循环中经部分电化学脱氟原位生成纳米级富 LiF 界面。NCM523||Gr/F-SP 全电池在 10C 下可逆容量达 95.2 mAh g−1,1C 循环 500 次后容量保持 81.99%。
气相氟化策略将商用纳米导电碳 Super P 转化为表面氟化导电碳 F-SP,通过半离子型极性 C-F 物种增强电解液浸润性与 Li+ 亲和力,并在循环中经部分电化学脱氟原位生成纳米级富 LiF 界面。NCM523||Gr/F-SP 全电池在 10C 下可逆容量达 95.2 mAh g−1,1C 循环 500 次后容量保持 81.99%。
研究人员在氮掺杂碳纳米纤维上构建拓扑缺陷工程 Cu 单原子催化剂(Cu/TD 1/5–NCFs),通过拓扑缺陷诱导的几何限域稳定 Cu–N x 位点,抑制 Cu 迁移、团聚、浸出与失活,并优化含氧中间体吸附以促进 ORR 动力学。所组装锌空气电池在 100 mA cm⁻² 下实现超过 2000 h 的超长循环稳定性,优于多数同类报道体系。该策略在不同金属前驱体和催化剂构型上表现出可重复性与普适性。
一种氮杂冠醚(PMPAC)作为电解液共溶剂,通过其空腔螯合 Na+ 形成紧凑盘状溶剂化络合物,从而提升离子电导率和 Na+ 迁移数,并促进负极表面形成富无机物 SEI。采用该电解液的钠离子电池在 100 C 下实现 38 mAh g−1 的倍率容量,半电池 20 000 次循环容量衰减率仅 0.0024%/次,全电池 10 000 次循环衰减率为 0.0062%/次。
研究提出隧穿门控热响应金属化塑料集流体(TTMP),在聚乙烯基体中嵌入尖刺碳导电颗粒,两面夹超薄铝层。加热至 100°C 以上时聚合物热膨胀破坏相邻尖刺碳颗粒间的电子隧穿,TTMP 电阻在 4 s 内从 6.3 Ω 升至 2.1 × 10^5 Ω,中断电流并延缓热加速电化学反应;回到室温后电子传输完全恢复。
推荐理由:该工作把金属化塑料集流体从被动导体改造为可自恢复的热响应开关,读者可关注其电阻跃迁与热失控延迟数据。
一篇发表于 Advanced Energy Materials 的综述指出,生物基凝胶聚合物电解质(GPE)在锌空气电池(ZAB)中的进展正受限于缺乏严谨且贴合应用的表征流程。
一篇发表于 Advanced Energy Materials 的展望文章提出以材料性能为导向的中间层设计框架,用于稳定硫化物基全固态锂金属电池的锂金属/硫化物电解质界面。
一种 25 cm² 的 Ni(OH)₂ 对称电芯用于氢氧化物交换膜基直接空气捕集 CO₂,在低能耗下运行 5,000 h,并实现 9 × 300 cm² 电堆的放大验证。该工作针对电化学碳捕集演示多局限于小器件、短寿命的问题,展示了更长运行时间与可扩展性。
第一性原理计算表明,N 功能化的二维 MBene V2BN2 作为 Li/Na 离子电池负极,因 Li/Na 吸附引发显著电荷重分布而增强离子-基底相互作用,理论比容量分别达 1524 和 762 mAh/g,开路电压低至 0.73 和 0.23 V。其 Li 和 Na 离子迁移能垒分别为 0.49 和 0.29 eV,显示快速离子传输与优异倍率性能。
研究以癸酸-利多卡因(DecA:Lid)深共晶溶剂配合配体磷酸三丁酯(TBP),系统揭示了从废旧锂离子电池浸出液中选择性萃取过渡金属离子的微观机理。理论计算表明,Co²⁺与去质子化DecA之间的主导静电作用主要通过与TBP的P=O基团的轨道相互作用增强,而闭壳层Li⁺无法实现该模式。
研究用有限元模拟与渐近分析表明,离子嵌入型电池的 OCV 不仅由电极材料化学决定,还受力学状态与微观结构影响。颗粒膨胀和外部载荷促使颗粒间接触产生压应力,改变嵌入离子的化学势,OCV 修正呈非线性并遵循 Hertzian 接触标度,且依赖颗粒排布。相同材料在不同电极微观结构下可表现出不同 OCV 曲线;在全电池中电极通过共同堆叠应力力学耦合,因此电芯 OCV 是整个电池架构的化学-力学属性。
推荐理由:原文用有限元与渐近分析说明颗粒膨胀和外部载荷会通过接触应力改变嵌入离子化学势,OCV 修正呈非线性并随颗粒排布变化。
计算研究显示,立方反钙钛矿 Li₃BA(A = O、S、Se、Te、Po;B = F、Cl、Br、I)经阴离子互换可得 Li₃AB 衍生物,八面体内较小阴离子使结构更稳定。
研究结合 HEXRD、EPSR 与基于 MACE 机器学习势的 MD 模拟,确定了熔融 FeCl2 和 FeCl3 的结构。模拟复现了实验结构因子与径向分布函数,揭示 FeCl3 熔化时 Fe 由八面体配位转为四面体配位,FeCl2 中亦存在类似转变。链统计表明两种熔体主要以含六个及以上 Fe 中心的延伸链存在,而非离散 Fe2Cl6 单元。
研究利用 X 射线 computed tomography(Nano-CT)对锂离子电池热失控产生的烟尘进行三维成像,可检测出含致癌物薄壳的核壳结构颗粒。传统 X 射线衍射只能定量这些有害相的质量分数,而 Nano-CT 能精确分析颗粒形状、尺寸与分布。研究指出,即便碳质表面致癌物质量分数极小,吸入后仍可能损害内脏功能,需深入理解颗粒物成分以完善安全法规与呼吸防护。
研究通过对比全耦合电化学-力学模型与采用均匀通量假设的单颗粒化学-力学模型,分离出裂纹内电解液浸润的作用。耦合模型预测界面反应速率空间分布强烈不均,裂纹尖端通量约为施加均匀通量的8倍,反应重分布主要受局部固相锂浓度与应力变化控制,裂纹内电解液电位梯度在所述条件下为次要因素。
推荐理由:通过耦合与单颗粒模型的对照,量化裂纹内电解液浸润对反应分布、容量与应力的影响,为颗粒断裂建模提供可迁移的对照方法。
研究发现,对锗(Ge)负极进行微量金属掺杂可延长其循环寿命,其中大原子尺寸元素 Yb 效果最显著,在不牺牲初始容量的前提下将负极寿命提升约三倍。结构分析表明,该改进源于 Ge 负极的力学软化,抑制了嵌锂引起的开裂与分层;纳米压痕显示掺杂原子尺寸与薄膜硬度呈强负相关。不过 Yb 掺杂会降低高倍率性能,研究据此提出从抑制体积变化转向力学柔顺的电极设计新思路。
作者建立物理模型描述硅碳复合负极锂电池在多种循环协议和存储条件下的衰减,并区分 SEI 生长等基础机制与颗粒开裂、裂纹处 SEI 生长、活性材料损失等硅相关机制。研究还考察了不同 check-up 频率对观测到的存储衰减的影响,以及含硅负极电池衰减加剧的原因,并将衰减与工况关联以支持后续使用与设计优化。
推荐理由:模型把 SEI 生长与颗粒开裂、裂纹处 SEI 生长、活性材料损失分开处理,可用于理解硅碳负极电池的存储与循环衰减来源。
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研究对比了Al、Mg、Ag、Cu四种单元素金属电极在无负极锂电池中的嵌锂行为,通过电化学与深度分辨离子束剖析,绘制了不同电流密度下的局部库仑效率并识别主要锂损失路径。Ag因快速形成γ黄铜型合金相,在高倍率下保持高可逆性;Mg和Al因动力学或结构驱动的锂捕获而可逆性下降;Cu则因多孔高活性析锂造成最大损失。
研究人员提出虚拟电极低能电子显微镜(VE-LEEM),结合同步辐射光电子发射显微镜与原子力显微镜,在纳米尺度追踪无负极固态电池中 Li 和 Na 负极在循环中的形成与溶解。
欧洲15家实验室与设施联合开展大规模多模态电池表征项目,对石墨/LiNiO2 锂离子全电芯进行多站点协同实验,生成75个拼接数据集并在所有合作方间共享。集成分析表明,科学结论关键取决于描述电极特性所选的可观测量和所采用的测量技术。研究提出二维“可观测量-技术”模式,以像素编码对特定科学问题的“是/否/不确定”答案,作为多属性元视图对材料行为和技术适用性进行分类。
研究考察了面向钠离子电池高电压多电子反应的新型 NASICON 型 Na₄NiCr(PO₄)₃ 材料,其三方 NASICON 骨架经 Rietveld 精修确认稳定,钠位迁移能垒为 0.468 eV。