温馨提示：本推文包含17篇文献，预计阅读时间约17min，大家挑感兴趣的关注。p.s.文末会附有过去三周周报链接。1. Adv. Mater.：调控非易燃电解质和界面的溶剂化结构，以使石墨负极在安全的钾离子电池中可保持2年以上的空前稳定性钾离子电池（PIB）在低成本和大规模储能应用中很有吸引力，其中石墨是最有希望的负极之一。然而，钾离子的大尺寸和高活性以及石墨的高催化表面在很大程度上阻碍了安全和兼容电解质的发展。在这里，一种不可燃的，中等浓度的电解质与石墨负极高度相容，并且由电解质/溶剂摩尔比为3：8的阻燃性磷酸三甲酯（TMP）和双（氟磺酰基）酰亚胺钾（KFSI）组成。它表现出空前的稳定性，以0.2 C电流速率在24个月的循环（超过2000个循环）中具有74％的容量保持能力证明了这一点。电解质结构和表面分析表明，这种出色的循环稳定性是由于TMP分子与钾离子几乎100％溶剂化，并且形成了FSI衍生的富氟固体电解质中间相（SEI），有效抑制了溶剂分子在石墨负极上的分解。此外，还展示了在高负载石墨电极和四羧酸二酐正极上的全电池中的优异性能。这项研究突出了电解质与界面兼容的重要性，并为设计安全实用的钾离子电池的电解质–固体电解质中间相的关系提供了新的机会。https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.2020063132. Adv. Energ. Mater.：用于高能量密度锌离子超级电容器的柔性金刚石纤维超级电容器具有高功率密度，但能量密度低且比电容小。独特的电容器电极的设计和实现有望克服这些挑战。在这里，柔性金刚石纤维（金刚石/碳纤维的纤维芯/壳结构）是通过使用化学气相沉积技术，使导电碳纤维芯以掺硼的金刚石薄膜作为薄壳而过度生长制成的。所得的纤维结合了掺硼金刚石和碳纤维的特性。这使得这些无粘合剂的金刚石纤维可以用作制造锌离子超级电容器的正极。与由锌纳米片涂覆的金刚石纤维制成的负极一起，该金刚石超级电容器可提供高而稳定的比电容。更重要的是，即使在严重的弯曲状态下，它也具有很高的重量和体积能量及功率密度。这种柔性超级电容器的性能优于以前的基于金刚石和碳纤维的超级电容器。这种柔性金刚石超级电容器是用于各种柔性电子设备的有前途的能量存储设备。https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.2020022023. Adv. Funct. Mater.：基于SiC纳米线的坚固耐用的高温超级电容器当前，探索用于高温操作稳定性的能量转换/存储装置仍然是巨大的挑战。在当前的工作中，报道了基于SiC纳米线作为电极材料的高温超级电容器，该超级电容器是通过对聚合物前驱体进行热解，然后进行蚀刻以创建表面积更大的活性位点而合成的。在2.0 M KCl的水系电解质中，基于蚀刻的SiC纳米线的预制电极在0.2 mA cm–2（0.25 A g–1）的电流密度下可提供23.6 mF cm–2（29.5 F g–1）的比电容，约为未蚀刻的3.3倍。如此构造的基于离子液体的超级电容器可以承受高达150°C的工作温度，在10000次循环中的电容保持率为80％，与0°C相比仅降低≈6％。即使在0到150°C的温度变化范围内，其电容保持率在12000个周期内仍保持高于76％，这表明它们有望作为坚固的超级电容器来应对储能的高温苛刻条件。https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.2020089014. Adv. Funct. Mater.：了解氧化铝(Al2O3)、铝酸五锂(Li5AlO4)和铝酸五钠(Na5AlO4)涂层在富锂锰NCM正极材料0.33Li2MnO3·0.67Li(Ni0.4Co0.2Mn0.4)O2上提高电化学性能的作用氧化铝，铝酸五锂和铝酸五钠作为通过在富锂锰NCM正极材料上原子层沉积而产生的表面保护涂层的积极作用讨论了在30°C的锂电池中测试时，已发现涂层正极的电化学行为有了显着改善。尽管所有涂覆的正极均表现出增强的电化学循环和倍率性能，但铝酸五钠涂覆的正极仍表现出最好的行为。长时间的循环和倍率能力测试表明，在1 倍率下经过400次以上的循环后，未涂覆的正极容量仅63 mAh g-1，而使用氧化铝，铝酸锂和铝酸钠涂层的正极的比容量高出约两倍。与未涂覆的正极相比，涂覆的正极在延长的循环过程中显示出稳定的平均放电电势和较低的过电势。重要的是，涂有铝酸钠的正极显示出减少的气体（O2，CO2，H2等）析出。电极的循环后分析表明，涂覆的正极材料具有较高的形貌完整性，过渡金属的溶解度较低。涂层减轻了电极与电池中电解液之间的不良副反应。https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.2020080835. Joule: 钙钛矿型太阳能电池组件在空气中的快速制作研究者们报告了钙钛矿型太阳能电池组件的空气中制造的主要进展，包括可扩展的大面积喷涂，新的整体集成技术，先进的光致发光特性以及可重现的高通量可制造性。结果表明，在不进行后退火的情况下，线速度为12 m / min的钙钛矿沉积具有改善的器件性能，发光产率和> 10倍的载流子寿命。使用的一种新型的间接光纤激光烧蚀划线方法，可以实现使用串联连接模块的单片集成的可制造性。在亚电池Voc > 1.06 V时，电池和模块的稳定输出功率分别达到18.0％和15.5％。全面的支持技术经济详细分析描述了从玻璃基板到接线盒的整个封装的在线制造过程。一系列模块效率和使用寿命的模块制造成本，系统成本的平衡以及能源的平均成本，为公用事业规模化能源生产所需的工具速度，效率和寿命提供了见识。https://doi.org/10.1016/j.joule.2020.11.0016. Nat. Commun.：阐明非富勒烯受体分子填料对有机太阳能电池光电性能的影响在非富勒烯有机太阳能电池中，由稠合环非富勒烯受体的端基π-π堆叠诱导的长程结构有序化被认为是实现有效电荷传输和高功率转换效率的关键因素。在这里，研究者们证明了非富勒烯受体的侧链工程可以将稠环主链组装体从π-π堆积模式驱动到混合堆积模式，再到非堆积模式以改善其固态性能。与上述理解不同，我们发现以非堆叠模式的紧密原子接触可以通过紧密的侧原子相互作用形成有效的电荷传输路径。与基于具有经典端基π-π堆积模式的分子的器件相比，活性层中混合的固态堆积图案可以使有机太阳能电池具有更高的效率，并减少非辐射重组损失。我们的观察结果为材料设计开辟了一条新途径，从而赋予了更好的光伏性能。https://doi.org/10.1038/s41467-020-19853-z7. Adv. Energ. Mater.：在高性能非富勒烯聚合物太阳能电池中，分子质量和多分散性指数的内在作用聚合度可能会导致非富勒烯聚合物太阳能电池活性层的共混微观结构和物理机制发生重大变化，从而导致器件性能产生巨大差异。但是，稳定性问题的多样性，包括光漂白稳定性，储存稳定性，光稳定性，热稳定性和机械稳定性等，对聚合度提出了挑战，要全面解决器件效率和稳定性之间的折衷问题并合理评估高分子材料的应用潜力。在此，研究者们合成了一系列不同重量的PM6聚合物——平均分子量(Mw)和多分散性指数(PDI)。系统研究了聚合度对以Y6为受体的光伏系统效率和降解行为的影响。关于稳定性问题的研究结果，以及效率-稳定性差距的权衡，为材料设计和性能评估制定了一个完整的指导方针，该指导方针大大减少了对试错的依赖。https://doi.org/10.1002/aenm.2020027098. Adv. Energ. Mater.：在短路条件下揭示有机太阳能电池光电子过程的一种简单方法有机太阳能电池的短路电流(Jsc)取决于有源层中的激子光产生、成键和非成键复合损失以及自由载流子提取的相互作用。本工作中，研究者们提出的方法允许对孪生复合进行量化，并将可移动性-寿命产物(定值)作为电荷输运和非孪生复合的单一综合参数。此外，基于获得的 来定量提取效率 μτ 乘积 。采用现成的实验方法（电流-电压特性，外部量子效率测量），并将其与光学传递矩阵方法模拟相结合。这项工作提供了普通有机光伏（OPV）材料所需的光学特性。该新方法应用于倒装或常规器件结构中的三个OPV系统，其结果与 的 基于电压-电容光谱技术的独立方法获得值 µτ并列。此外，证明了该新方法可以准确地预测最佳的有源层厚度。https://doi.org/10.1002/aenm.2020027609. Nat. Chem.封面：通过在共价有机框架中嵌入伪轮烷来分隔层间空间单层或少层共价有机骨架（COF）代表了一个有吸引力的二维材料框架，通过对COF结构的设计，可以为定制功能化和孔隙提供前景。但是，尽管已经合成了多种分层的COF，将它们的层间堆叠切开以获得均匀厚度的COF片仍然具有挑战性。在这里，通过将伪轮烷单元纳入其骨架来分隔COF中的层间空间。将基于冠醚的大环主体嵌入二位或四位酰肼结构单元中。与三氢醛键的反应形成了以酰肼为基的层状COFS，其中一个基准面由一层(在二次大环组分情况下)构成，或由其四联键共价连接在一起的两层相邻层组成。当引入振动线程单元时，主体-客体复合物的形成促进了COFs分别自剥离为晶体单层或双层。https://www.nature.com/articles/s41557-020-00562-510. Adv. Funct. Mater.：传输层的油墨工程助力9.5%高效全印刷半透明非富勒烯太阳能电池新的聚合物供体和非富勒烯受体将太阳能电池的性能和稳定性提高到更高的水平。为了充分发挥其潜力，他们需要适应大面积沉积的可扩展且具有成本效益的解决方案制造技术。同样，必须配制与光敏层兼容的可扩展的基于溶液的传输层油墨。研究者们报告了通过喷墨打印将基于解决方案的传输层和电极与PTB7-Th：IEICO-4F体异质结完全集成在反向架构中，通过喷墨打印实现了高达12.4％的不透明器件和9.5％的半透明器件的电源转换效率。包括空穴传输层在内的平均可见光透射率值为50.1％。高疏水性光敏层的湿润包膜以及候选溶液和溶剂的表面能，使得可以配制出厚的传输层油墨，与按需喷墨印刷工艺兼容，并产生均匀均匀的薄膜。而且，供体和受体的表面能成分用作指纹，以评估在包含不同溶剂的情况下光敏层的垂直分层。该方法论解决了高效有机电池基于解决方案的传输层的扩大瓶颈，使其能够适应包括狭缝模头和卷对卷涂布在内的高通量技术。https://doi.org/10.1002/adfm.20200576311. Adv. Funct. Mater.: 双功能双二苯甲酮作为非富勒烯太阳能电池的固体添加剂同时提高效率和稳定性对于非富勒烯受体聚合物太阳能电池（NFA-PSC）的商业应用至关重要。多功能固体添加剂被认为是调节活性层形态和优化性能的潜在途径。在这项工作中，研究者们将光引发剂双功能双苯甲酮(BP‐BP)被用作固体添加剂，取代溶剂添加剂，用于PBDB‐T:ITIC NFA体系。采用BP‐BP制造的器件功率转换效率(PCE)为11.89%，具有增强的短路电流(Jsc)和填充系数(FF)。采用BP‐BP优化的器件显示出优良的再现性、对厚度的不敏感性，以及在不封装的大气条件下改进的热稳定性。这项工作为NFA‐PSCs中固体添加剂的应用提供了一种新的策略。https://doi.org/10.1002/adfm.20200869912. Nat. Nanotechnol.：具有双端结合位点的大孔催化阴极实现锂硫电池的高性能和长循环稳定性锂硫电池具有较高的理论比能量以及天然丰富的硫储备，是锂离子电池的理想替代品。然而，由于薄的硫电极、电解质液淹和锂金属降解，锂电池的实际比能量和循环寿命受到很大限制。在这里，本文提出了一个阴极设计概念，以达到良好的锂-硫电池性能。阴极由均匀嵌入的ZnS纳米粒子和Co–N–C单原子催化剂组成，在高取向大孔主体内形成双端结合位点，在循环过程中有效固定和催化转化聚硫中间体，从而消除穿梭效应和锂金属腐蚀。有序的大孔通过在催化剂、导电载体和电解液之间形成足够的三相边界来增强高硫负载下的离子输运。这种设计可防止不活跃硫（死硫）的形成。本文的阴极结构显示，在高硫负荷和稀电解质操作下，电池的性能得到改善。锂含量仅为100%的1-A-h级电池可提供大于300Whkg−1的电池比能量，库仑效率>95%，可循环80次。https://doi.org/10.1038/s41565-020-00797-w13. J. Am. Chem. Soc.：全电池锂金属电池“死锂”形成与锂腐蚀的无创原位核磁共振研究如果要使锂金属电池具有商业可行性，则需要提高其容量保持能力，当锂金属电池中没有过量锂时，锂金属电池的低循环稳定性和锂腐蚀问题更为严重。在此，本文发展了原位核磁共振计量学来研究“无阳极”锂金属电池，其中锂直接从LiFePO4阴极镀到裸铜集电器上。该方法允许在全电池锂金属电池中的锂电镀和剥离过程中跟踪非活性或“死锂”的形成：死锂和SEI的形成可通过NMR进行量化，并在碳酸盐和乙醚电解质中比较它们的相对生成速率。当FEC作为添加剂时，几乎没有观察到死Li。利用顺磁性金属锂的体磁化率效应来区分不同表面覆盖率的锂矿床。在休息期间监测金属锂的含量，在所有电解液中观察到锂金属溶解（腐蚀），即使在电池不使用期间，即没有电流流动的情况下，证明锂的溶解仍然是锂金属电池的一个关键问题。高腐蚀速率归因于锂金属和铜（以及Cu+，Cu2+还原）上形成的SEI。探讨了减缓腐蚀的策略，结果表明，聚合物涂层和铜表面化学改性都有助于稳定锂金属表面。https://doi.org/10.1021/jacs.0c1025814. Angew. Chem. Int. Ed.：利用载流子承载电位补偿实现的高性能水镁混合电池传统的水镁离子电池普遍存在容量不足和电压平台低的问题。这种局限性源于电化学不足和电极材料的低载流子嵌入电位。在此，通过采用载流子承载电位补偿增强电化学的策略，实现了高性能Mg2+/Na+混合电池。Mg1.5VCr(PO4)3(MVCP)阴极与FeVO4（FVO）阳极在新的水/有机混合电解质中耦合，实现可靠的高压操作。这种操作使混合载流子（Mg2+/Na+）更充分地去插层，从而显著提高可逆容量（0.5 A g−1，92.7 Wh kg−1电极时为233.4 mA h g−1，即比传统水电解质中的电极高1.75倍）。同时，借助于电极中相对较高的载钠电位，低Mg2+电位缺陷得到了很好的补偿。这将协同地扩大/提升整个电池的放电平台，最高可达1.50 V。在1 A g−1下进行1350次循环后，每次循环可获得0.018%的低容量衰减，并很好地保留了该平台。机理研究进一步揭示了FVO向Fe2V3的不寻常相变和MVCP的低晶格应变赝容插层化学。该措施将促进其他高能水性混合动力电池的开发。https://doi.org/10.1002/anie.20201331515. Angew. Chem. Int. Ed.：用混合导体由三相向两相的转变实现高能量密度高倍率固态锂氧电池反应固态Li-O2电池具有提供高能量密度和增强安全性的能力。然而，由于存在多个固态界面，限制了电子/离子交换，导致电化学性能较差，设计高性能固态空气电极成为其进一步发展的主要瓶颈。在此，本文建议采用电子和离子混合导体构建固态空气电极，使锂电池的电化学机理从三相过程转变为两相过程。结果表明，这种混合导体固态空气电极的固态锂氧电池的界面电阻显著降低，反应动力学明显增强。更重要的是，由于放电产物与电极材料的良好接触，Li-O2电池的库仑效率也得到了显著提高。利用氧环境下的原位环境透射电子显微镜生动地显示了放电产物在混合导体表面的可逆沉积和分解过程，直观地验证了两相反应的事实。https://doi.org/10.1002/anie.20201406116. Adv. Mater.：采用压印光刻技术制作的高性能封装三维锂离子微电池制造高能量密度和高功率密度封装的长周期可充电微电池仍然是一个相当大的挑战。在这里，高性能高活性体积分数、厚的3D结构电极（V2O5阴极和Li金属阳极）通过压印光刻、自组装和电沉积相结合实现。为了应对密封包装的关键挑战，微电池中填充了凝胶电解质。封装后的电池具有较高的面积能量和功率密度，分别为1.24 J cm−2和75.5 mW cm−2，并且可以在氩气中循环550次或在空气中循环200次，初始放电容量保持75%的容量。使用液体电解质的未包装电池提供218 mW cm−2的功率密度。据所知，在所有报道的微电池中，微电池的峰值功率密度最高。https://doi.org/10.1002/adma.20200622917. Adv. Mater.：室温下使用石榴石基电解液的有限锂金属阳极的全固态电池金属锂（Li）被认为是终极阳极，有望成为高能可充电电池。然而，由于锂在反复的镀/剥除循环过程中不断消耗锂，过量的锂金属阳极通常用于锂金属电池（LMBs），导致能量密度降低，成本增加。本文报道了一种基于超低正负极容量比（N/P比）的石榴石氧化物固体电解质的全固态锂金属电池（ASSLMB）。与使用相同低N/P比的电解液相比，ASSLMBs具有更长的循环寿命，这归因于循环过程中保持较高的库仑效率。研究了界面层种类对低氮磷比ASSLMBs循环性能的影响。重要的是，证明了使用有限的锂金属阳极和LiFePO4阴极（5.9 N/P比）的ASSLMB在室温下具有稳定的长期循环性能。此外，还发现使用高电压或高质量负载阴极可以进一步提高低N/P比的ASSLMBs的比能。本研究对锂金属阳极受限条件下的实用高能全固态电池有一定的参考价值。https://doi.org/10.1002/adma.202002325更多科研作图、软件使用、表征分析、SCI 写作、名师介绍等干货知识请进入研之成理后台自主查询。催化/能源交流群，请添加微信：yzcl93
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