引用超200！Joule电化学储能与转换重磅研究汇总

物质科学

Physical science

电化学储能已经成为我们日常生活中必不可少的一部分。随着电池的应用范围从为个人设备和电动汽车供电到提供电网储能，需要多种类型的电池和化学物质来满足这些不同的电化学储能需求。在本期的Joule合辑中，小编为大家挑选了电化学储能与转换领域中Scopus引用超200次的6篇重磅研究。

*以下为翻译内容，仅供参考，请以英文原文为准。

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本期Joule合辑全部文章

Collection: Electrochemical Energy Storage and Conversion

Understanding High-Energy-Density Sn4P3 Anodes for Potassium-Ion Batteries

澳大利亚伍伦贡大学郭再萍教授课题组在前期工作（JACS, DOI: 10.1021/jacs.6b12185）的基础上，采用碳纤维复合Sn₄P₃解决在充放电过程中较大的体积变化而产生的循环性能不佳等问题，极大的提高了电极在工作过程中的稳定性，表现出优异的循环性能。同时，碳纤维良好的导电性也极大的提高了材料的动力学机制。作者通过优化电解液改善了电化学性能，并通过电解液添加剂氟代碳酸亚乙酯（FEC）重点探究了钾枝晶的生长与SEI的形成。文章首次使用了同步辐射技术来深入探究Sn₄P₃的储钾机理。（Cited in Scopus: 224）

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Advancing Lithium Metal Batteries

美国能源部西北太平洋国家实验室的刘彬博士，张继光博士和许武博士发表前瞻性综述论文，介绍了目前世界范围内在锂金属保护方面的最新重要进展，并提出了锂金属稳定化和未来锂金属电池发展的研究方向和展望。作者总结了三种不同锂金属电池：由传统嵌入式正极与锂金属组成的锂金属电池，由硫正极与锂金属组成的锂硫电池，以及由空气正极与锂金属组成的锂空气电池。它们各自具有不同的电池充放电反应和锂金属面临的诸多挑战。在锂硫和锂空气电池中，锂金属还会分别面临多硫化物和超氧根自由基负离子的进攻，导致锂金属发生更多的副反应。因此，相对于在基于嵌入式正极的锂金属电池中锂金属的不稳定性问题，在锂硫和锂空气电池中有效地保护锂金属将会更加复杂和困难。但是，极高能量密度的锂硫和锂空气电池几乎完全依赖于锂金属负极的利用率，所以实现对锂金属良好的保护是下一代新型电池技术发展的重中之重。（Cited in Scopus: 326）

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Coralloid Carbon Fiber-Based Composite Lithium Anode for Robust Lithium Metal Batteries

清华大学化工系张强教授课题组在Joule上发表了论文“Coralloid Carbon Fiber-Based Composite Lithium Anode for Robust Lithium Metal Batteries”，报导了课题组在高安全性高容量的复合锂金属负极领域的研究取得的重要进展。该研究被选为当期封面文章。封面图片采用隐喻的方式表述“复合锂金属负极”设计思想，将基于亲锂碳纤维的复合锂金属负极比喻成船，能够在熔融锂的“海洋”中稳定航行。（Cited in Scopus: 279）

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Confining SnS2 Ultrathin Nanosheets in Hollow Carbon Nanostructures for Efficient Capacitive Sodium Storage

南京师范大学周小四副教授课题组与南洋理工大学楼雄文教授研究组合作，设计了一种多步模板方法，将二硫化锡超薄纳米片限制在三种碳空心结构中，包括碳纳米管（SnS₂@CNTs），碳纳米盒子（SnS₂@CNBs）和中空碳纳米球（SnS₂@CNSs）。由于其独特的结构优势，SnS₂@CNTs，SnS₂@CNBs和SnS₂@CNSs均表现出优异的钠储存性能。薄碳壳有效地改善了SnS₂的导电性，并且可以防止SnS₂纳米片的聚集，更重要的是可以缓冲循环过程中SnS₂的体积变化。另外，具有高比表面积的超薄SnS₂纳米片可促进Na+传输，从而使电极表现出高比容量和优异的循环稳定性。（Cited in Scopus: 207）

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Lithium-Ion Battery Supply Chain Considerations: Analysis of Potential Bottlenecks in Critical Metals

MIT的Elsa A. Olivetti教授指出，目前锂离子电池中所需的大多数材料的供应能满足近期需求。然而，钴的供应存在不足的风险。此外，如果电动汽车得到迅速普及（例如，政策激励，包括碳税、更高的燃油税和更积极的企业平均燃油经济性目标），某些电池级材料的需求量可能超过供应。基于这一观点的研究，其意义跨越了许多尺度。首先，对阴极材料的持续研究有助于缓解这些供应问题，特别是那些不含钴的阴极材料。政策领域的供应链研究和调查也可能有助于发现解决未来材料供应问题的潜在方法。未来的调查应提供足够详细的动态分析，以反映技术和运营变化对成本的影响，并反映业绩与市场价值的关系。（Cited in Scopus: 343）

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4.0 V Aqueous Li-Ion Batteries

美国马里兰大学的王春生教授、杨重寅博士以及美国陆军研究实验室许康等合作研制出一种基于水基电解液的新型锂离子电池，可以消除目前普遍困扰人们的锂离子电池爆炸的风险。这种锂离子电池储存的能量完全可以满足家用电器的需求，而且即使用硬物反复撞击也不会起火或爆炸。这项研究的关键在于避免锂金属或石墨电极直接接触水基电解液中的水分子而导致还原产氢。为此，他们开发出一种非常疏水的胶体保护层材料，均匀包覆在电极表面，有效防止了水分解副反应导致的电极失效。（Cited in Scopus: 220）

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（本文部分内容参考其他公众号相关报道）

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