CRPS电池研究论文精选
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物质科学
Physical science
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正所谓回顾过去，才能更好地展望未来。Cell Reports Physical Science特别为大家整理了过去这半年内所发表的电池相关研究，共12篇。Cell Press微信公众号特将其中部分论文的摘要部分翻译成中文，与大家分享（识别下列图中的二维码阅读论文）。
*以下内容为中文翻译，仅供参考，请以英文原文为准。
Symmetry-Induced Emergent Electrochemical Properties for Rechargeable Batteries
由对称性概念引发的可充电电池的电化学性能
结构决定性质，性质决定用途——这是一条基本的化学原理，可充电电池也处于其影响之下。然而，与传统材料相比，它们的电化学动力学过程的物质交换和结构演化是有所区别的。由于其独特的结构，电极和固体电解质中会出现许多奇妙的现象。对称性是材料科学中最基本的一个概念，又是打开材料结构与电化学性能之间内在联系大门的钥匙。本文中，中科院物理所北京凝聚态物理国家实验室的谷林研究员等人基于一些对称性电池材料，并观察其电化学性能的差异，引入了对称性和对称性破裂的概念。
Symmetry-Induced Emergent Electrochemical Properties for Rechargeable Batteries
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Metastability and Reversibility of Anionic Redox-Based Cathode for High-Energy Rechargeable Batteries
亚稳性和可逆性的氧化还原阴离子负极高能可充电电池
阴离子氧化还原是近年来研究的热点，高容量的富锂层状氧化物是阴离子氧化还原的主要原因。与最先进的正极材料相比，富锂层状氧化物的容量几乎增加了一倍，但在其他性能指标上仍显不足。其中，循环过程中的电压衰减是最主要的缺点，而缺陷的电化学是其关键的原因。加州大学圣地亚哥分校的Meng Ying Shirley教授和中科院宁波材料技术与工程研究所的刘兆平研究员团队合作共同揭示了循环中富锂层状氧化物亚稳态的形成是由于不同尺寸的结构缺陷，而亚稳态的形成是电压衰减的原因。更重要的是，通过温和的热能，亚稳态可以被驱动到一个稳定的状态，并使结构和电压恢复。然而，对于没有可逆氧化还原反应的传统阴离子层状氧化物，热能只能使阳离子无序，导致性能降低。这些结论说明，了解结构的亚稳态和可逆性是实施设计策略来提高高容量层状氧化物的循环稳定性的关键。
Metastability and Reversibility of Anionic Redox-Based Cathode for High-Energy Rechargeable Batteries
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Facile-Processed Nanocarbon-Promoted Sulfur Cathode for Highly Stable Sodium-Sulfur Batteries
用带缺陷的纳米碳改善块体硫正极的容量和循环性能
室温钠硫电池具有电极材料来源广泛和能量密度高的优点从而吸引了世界范围的关注。然而，低成本、易制备的块体硫难以作为钠硫电池的正极材料，原因是其反应活性低、导电性差，这阻碍了室温钠硫电池商业化和规模化的发展。美国达特茅斯学院李玮瑒课题组和南开大学陈军课题组合作开发了一种通过高能球磨炭黑获得缺陷的纳米碳来提高块体硫正极性能的策略。这项工作为提高低成本、易制备块体硫的电化学性能提供了一种有价值的参考。
Facile-Processed Nanocarbon-Promoted Sulfur Cathode for Highly Stable Sodium-Sulfur Batteries
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Theoretical Simulation and Modeling of Three-Dimensional Batteries
3D电池的理论模拟与建模
随着小巧独立式电子产品的发展，人们对高性能储能设备的需求越来越大，其中可再充式三维（3D）电池就是这些理想的能源设备之一。随着由三维结构组成的电池在我们的日常生活中变得越来越重要，对其行为进行建模也同样重要。除了实验研究外，仿真建模和分析是优化电池设计、了解三维电池电化学特性的另一个重要途径，如结构原理、电流和电压分布、结构稳定性和演化。在这项工作中，美国阿贡国家实验室的陆俊教授和苏州大学李亮教授等讨论了三维电池的理论研究进展，并对其进一步发展提供了一些见解。希望这项工作能激发更多令人兴奋的研究，从而促进它们在电子领域的大规模应用。
Theoretical Simulation and Modeling of Three-Dimensional Batteries
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Doping Induced Hierarchical Lattice Expansion of Cobalt Diselenide/Carbon Nanosheet Hybrid for Fast and Stable Sodium Storage
快速且稳定的钠存储新策略——掺杂诱导二硒化钴/碳纳米片的分层晶格膨胀
目前，过渡金属硫族化合物受到钠离子电池科学研究者的广泛关注。然而，低电导率和缓慢的动力学过程极大地阻碍了它们的实际应用。本文中，新加坡国立大学Dongxiao Ji等人介绍了一种层状结构——以碳纳米片接枝的碳纳米纤维为载体，负载CoSe2（CoSe2@ carbon nanosheets [CNS]/carbon nanofiber [CNF]），进而提高电导率并且防止电极粉碎。此外，研究团队证明了可以利用锰的掺杂来扩展Co1-xMnxSe2的钠离子通道，诱导碳纳米片层的协同晶格膨胀，进而提高动力学速度。利用这一策略，经过钠前处理的Co1-xMnxSe2并且与Na2V1.85Fe0.15(PO4)3/C负极形成的电池能够提供高比能量密度（0.1 C下409.4 Wh kg−1）。本工作提出了掺杂诱导过渡金属硫族化合物/碳纳米片的分层晶格膨胀理论，基于此理论，钠离子电池的反应动力学得到提升并且还可以提高钠的储存。
Doping Induced Hierarchical Lattice Expansion of Cobalt Diselenide/Carbon Nanosheet Hybrid for Fast and Stable Sodium Storage
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In Operando Acoustic Detection of Lithium Metal Plating in Commercial LiCoO2/Graphite Pouch Cells
在操作中用声学检测商用LiCoO2/石墨囊状电池的锂金属镀层
商业锂离子电池正常运行时对锂金属镀层进行表征和检测长期以来一直是一个难题。金属锂镀层的性质是不可预测的，并且高度依赖于工作温度和充电速率。在操作过程中，原位对锂金属镀层进行检测对传统锂离子电池的发展至关重要，包括快速充电能力，极端温度应用，和锂金属二次电池。普林斯顿大学Steingart Daniel教授团队开发了用超声检测商用石墨阳极上锂金属镀层的标准形式因子。这项概念验证阶段的研究是基于之前工作（将超声波作为电池诊断工具）的延伸，描述了超声飞行时间和石墨分级之间具有统计学意义的线性关系，并用声学飞行时间和后电化学测量来表征锂金属的电镀程度。
In Operando Acoustic Detection of Lithium Metal Plating in Commercial LiCoO2/Graphite Pouch Cells
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High-Power Aqueous Zn-H2O2 Batteries for Multiple Applications
多用途大功率水溶液锌-过氧化氢电池
金属空气电池具有很高的容量和功率密度，但在缺氧条件下性能受到限制。过氧化氢的储氧能力大约是空气的1600倍，而且相比高压气瓶，它更便于储存和运输。在无氧条件下，H2O2可能是一个可行的选择。合肥工业大学的刘节华教授团队报道了一种锌-过氧化氢水溶液电池，用过氧化氢替代氧气，用Co/N掺杂的碳纳米片作为多功能催化剂用于氧还原、析氧反应和过氧化氢的分解。优化的Zn-H2O2电池表现出优越的高速率放电性能达到20-120 mA cm-2，放电速率为120 mA cm-2时比锌-空气电池的高23%。作者将两个Zn-H2O2电池串联可以点亮一个红光的LED阵列，并且在水中工作良好。因此，作者认为Zn-H2O2电池在大功率器件中有着广泛的应用。
High-Power Aqueous Zn-H2O2 Batteries for Multiple Applications
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