Materials：“能源材料”栏目 2021 年高引文章精选 | MDPI 编辑荐读

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本期编辑荐读为您精选了 2021 年发表在 Materials 期刊“能源材料”栏目上的 6 篇高引文章，内容涉及离子液体在电池和超级电容器中的应用、双钙钛矿钼酸盐、金属离子来源、纳米复合材料作为氧反应的电催化剂、钠-金属卤化物电池正极材料，以及柔性超级电容器。希望能为相关领域学者提供新的思路和参考，欢迎阅读。

Federico Bella 教授

都灵理工大学

Materials 栏目主编

研究领域：电池；后锂电池；电化学氮还原；混合光伏；生物源聚合物；染料敏化太阳能电池；集成能源器件聚合物电解质；可持续的氨生产。

01

Application of Ionic Liquids for Batteries and Supercapacitors

离子液体在电池和超级电容器中的应用

Apurba Ray and Bilge Saruhan

https://www.mdpi.com/1130552

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如今，高性能、轻量化、低成本、便携/可穿戴电子设备在电动汽车、航空航天、医疗系统等领域的快速发展和需求，极大推动了先进电化学储能 (Electrochemical Energy Storage, EES) 设备和技术的发展。电解质是 EES 设备 (如电池和超级电容器) 中最重要的组件之一，除了电解质的快速离子传输和稳定的电化学性能外，还需要付出巨大努力来克服由于 EES 易燃性、泄漏和热不稳定性引起的安全问题。关于固体聚合物电解质的研究已经相对成熟，但在实际应用方面仍处于滞后状态。在过去的几十年中，作为电解质的离子液体 (Ionic Liquids, ILs) 在锂离子电池和超级电容器应用中引起了相当大的兴趣，并且可能成为下一代 EES 系统取得突破的重要途径。由于拥有高离子电导率、低熔点 (低于 100 °C)、宽电化学电位窗口 (最高 5~6 V vs. Li⁺/Li)、良好的热稳定性、不可燃性、阳离子-阴离子组合而导致的低挥发性等特点，ILs 具有良好的自愈能力，使其成为工业 EES 应用的“绿色”溶剂。本综述中，作者试图概述最近对 ILs 电解质的研究，以及它们在下一代锂离子电池和超级电容器应用中的优势和挑战。

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原文出自 Materials 期刊

Ray, A.; Saruhan, B. Application of Ionic Liquids for Batteries and Supercapacitors. Materials 2021, 14, 2942. 

02

Undoped Sr₂MMoO₆ Double Perovskite Molybdates (M=Ni, Mg, Fe) as Promising Anode Materials for Solid Oxide Fuel Cells

未掺杂 Sr₂MMoO₆ 双钙钛矿钼酸盐 (M=Ni, Mg, Fe) 作为固体氧化物燃料电池的有前途的负极材料

Lubov Skutina et al.
https://www.mdpi.com/1055034

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用于固体氧化物燃料电池 (Solid Oxide Fuel Cells, SOFC) 的新型功能材料的化学设计，作为克服传统材料缺点的一种手段，引发了研究人员极大的兴趣。阳极的氧化还原稳定性、碳沉积和硫中毒过程被定位为导致 SOFC 性能下降的主要原因。在这一方面，双钙钛矿钼酸盐是传统镍基金属陶瓷的可能替代品。本综述提供了四个成员的基本性质：Sr₂NiMoO_6-δ、Sr₂MgMoO_6-δ、Sr₂FeMoO_6-δ 和 Sr₂Fe_1.5Mo_0.5O_6-δ。这些性质因占据 A₂BB'O₆ B 位 3d 元素的类型和浓度不同，存在很大差异。本文重点包括：(i) 未掺杂双钼酸盐的合成特征，(ii) 它们在氧化和还原气氛中的导电性和热行为，以及 (iii) 它们与其他功能性 SOFC 材料的化学相容性和气体气氛的成分。本文所提供的信息可以作为设计由具有层状结构的复杂氧化物制备的高效燃料电极的基础。

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原文出自 Materials 期刊

Skutina, L.; Filonova, E.; Medvedev, D.; Maignan, A. Undoped Sr₂NiMoO₆ Double Perovskite Molybdates (M=Ni, Mg, Fe) as Promising Anode Materials for Solid Oxide Fuel Cells. Materials 2021, 14, 1715.

03

Utilization of Red Mud as a Source for MetalIons—A Review

综述：赤泥作为金属离子来源的利用

Sneha Samal

https://www.mdpi.com/1086548

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本综述概述了赤泥作为资源的预期用途，提出了多种利用赤泥来维持可持续环境的范围。赤泥的潜在用途包括有价值的金属回收，这一用途强调将赤泥用作资源。赤泥还可以作为冶金领域的还原渣，用于提取矿物和金属以进行高档应用。尽管许多研究已经揭示了赤泥的潜在利用，但其中大多数仅限于实验室规模的基础。因此，在金属回收工段区域对提取赤泥进行大规模回收利用的调查，将引起人们对赤泥广泛使用的关注。将金属离子 Fe (44 wt.%)、Al (18.2 wt.%)、Si (14.3 wt.%)、Ti (9.3 wt.%)、Na (6.2 wt.%) 和 Ca (4.4 wt.%)%) 作为主要元素，Mg、V、Mn、Cr、K 作为微量元素和稀土元素，例如 Ce (102 mg/kg)、La (56 mg/kg)、Sc (47 mg/kg)、Nd (45 mg/kg)、钐 (9 mg/kg)。此外，氧化铝行业的适当内部金属回收设施将作为成本效益分析出现。

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原文出自 Materials 期刊

Samal, S. Utilization of Red Mud as a Source for Metal Ions—A Review. Materials 2021, 14, 2211.

04

Nanocomposites Prepared from Carbon Nanotubes and the Transition Metal Dichalcogenides WS₂ and MoS₂ via Surfactant-Assisted Dispersions as Electrocatalysts for Oxygen Reactions

由碳纳米管和过渡金属二硫属化物 WS₂ 和 MoS₂ 通过表面活性剂辅助分散体制备的纳米复合材料作为氧反应的电催化剂

Pedro Ferreira et al.
https://www.mdpi.com/997748

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燃料电池是作为清洁和可再生能源的新兴设备，前提是它们的效率得到提高。在这项工作中，作者制备了基于多壁碳纳米管 (Multiwalled Carbon Nanotube, MWNT) 和过渡金属二硫属化物 (Transition Metal Dichalcogenide, TMD) 的纳米复合材料，即 WS₂ 和 MoS₂，并评估了它们作为与燃料电池有关的析氧反应和氧还原反应电催化剂的性能。一维和二维结构单元最初被水介质中带相反电荷的表面活性剂剥离和非共价官能化 (用于纳米管的十四烷基三甲基溴化铵和用于二硫化物的胆酸钠)，之后，作者通过表面活性剂介导的静电相互作用组装三维 MoS_2@MWNT 和 WS_2@MWNT 复合材料。作者通过扫描电子显微镜对纳米复合材料进行了表征，并发现了结构差异。WS_2@MWNT 和 MoS_2@MWNT 表现出中等的析氧反应性能，相对于 RHE 的潜在起始电压分别为 0.71 和 0.73 V，扩散限制电流密度分别为 -1.87 和 -2.74 mA·cm^-2。然而，与 Pt/C 相比，这两种材料都具有更好的甲醇交叉耐受性和良好的稳定性。关于析氢反应性能，MoS_2@MWNT 表现出令人鼓舞的结果，η10 和 jmax 分别为 0.55 V 和 17.96 mA·cm^-2。这里介绍的制造方法具有成本效益、稳健且用途广泛，为优化电催化剂的性能打开了大门。

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原文出自 Materials 期刊

Ferreira, P.; Abreu, B.; Freire, C.; Fernandes, D.M.; Marques, E.F. Nanocomposites Prepared from Carbon Nanotubes and the Transition Metal Dichalcogenides WS₂ and MoS₂ via Surfactant-Assisted Dispersions as Electrocatalysts for Oxygen Reactions. Materials 2021, 14, 896.

05

Recent Progress in Cathode Materials for Sodium-Metal Halide Batteries

钠-金属卤化物电池正极材料的最新进展

Xiaowen Zhan et al.
https://www.mdpi.com/1148106

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从化石燃料过渡到可再生能源，是解决温室气体排放和气候变化的关键目标。重大改进使风能和太阳能与化石燃料相比更具成本竞争力。然而，可再生能源固有的间歇性促使将这些资源与储能配对。电池中的电化学储能被广泛应用于多个领域，并越来越多地用于电网级存储，但目前的电池技术在性能、安全性和成本方面仍存在不足。本综述重点介绍钠金属卤化物 (Na-MH) 电池，例如著名的 Na-NiCl₂ 电池，它被用作一种安全且经济的电网级储能解决方案。本文讨论了传统 Na-MH 电池的重要特性，并重点介绍了最近关于开发用于 Na-MH 电池的中温、低成本正极的文献。通过在阴极中使用成本较低的金属卤化物 (例如 FeCl₂ 和 ZnCl₂ 等) 并在较低温度下运行 (例如 190 °C 与 280 °C)，新型 Na-MH 电池有可能提供相当的性能以低得多的总成本，提供令人兴奋的替代技术，使电网能够广泛采用可再生能源加储能。

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原文出自 Materials 期刊

Zhan, X.; Li, M.M.; Weller, J.M.; Sprenkle, V.L.; Li, G. Recent Progress in Cathode Materials for Sodium-Metal Halide Batteries. Materials 2021, 14, 3260.

06

Flexible Supercapacitors Based on Graphene/Boron Nitride Nanosheets Electrodes and PVA/PEI Gel Electrolytes

基于石墨烯/氮化硼纳米片电极和 PVA/PEI 凝胶电解质的柔性超级电容器

Chan Wang et al.
https://www.mdpi.com/1071278

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全固态超级电容器作为可穿戴储能设备受到越来越多的关注，部分原因在于其灵活、安全和轻便的特性。然而，它们的电化学性能在很大程度上受到当前聚乙烯醇 (Polyvinyl Alcohol, PVA) 基电解质的低柔韧性和耐久性的阻碍。在此，一种新型的基于聚乙烯醇-聚乙烯亚胺 (Polyvinyl Alcohol-Polyethyleneimine, PVA-PEI) 的导电弹性水凝胶，被设计为可穿戴超级电容器 (Wearable Supercapacitor, WSC) 的一体化电解质平台。为了进行概念验证，作者组装了基于氮化硼纳米片 (Boron Nitride Nanosheets, BNNS) 插层石墨烯电极和基于 PVA-PEI 的凝胶电解质的全固态超级电容器。此外，通过改变电解质离子，当使用 KOH 作为电解质离子时，作者观察到水凝胶和电极材料之间的协同效应，因为 Graphene/BNNS_@PVA-PEI-KOH WSCs 表现出显著提高的面积电容 (0.35 F/cm²) 以及更小的 ESR (6.02 ohm/cm²)。此外，由于 PVA-PEI 水凝胶电解质的高柔韧性和耐用性，所开发的 WSC 在不同弯曲状态和 5000 次循环后表现出优异的柔韧性和循环稳定性。因此，导电但有弹性的 PVA-PEI 水凝胶代表了一个有吸引力的 WSC 电解质平台，而 Graphene/BNNS_@PVA-PEI-KOH WSCs 在为可穿戴电子设备供电方面显示出广泛的潜力。

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原文出自 Materials 期刊

Wang, C.; Hu, K.; Liu, Y.; Zhang, M.-R.; Wang,Z.; Li, Z. Flexible Supercapacitors Based on Graphene/Boron Nitride NanosheetsElectrodes and PVA/PEI Gel Electrolytes. Materials 2021,14,1955.

   Materials 期刊介绍

主编：

Maryam Tabrizian, McGill University, Canada

期刊发表涵盖材料科学与工程研究相关各个领域的最新研究成果，包括但不限于高分子、纳米材料、能源材料、复合材料、碳材料、多孔材料、生物材料、建筑材料、陶瓷、金属等，以及材料物理化学、催化、腐蚀、光电应用、结构分析和表征、建模等研究领域在内的学术文章。

2021 Impact Factor	3.748 (Q1*)
2021 CiteScore	4.4
Time to First Decision	15.3 Days
Time to Publication	38 Days

* Q1 (17/80) at category "Metallurgy and Metallurgical Engineering"

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