能源高被引！Nano Research热门研究集锦！
2024-03-13 09:26:47
1.Nano Research综述：电催化剂的设计理念
锂离子可充电电池（LIBs）中的高压高镍锂层状氧化物正极具有极高的能量密度，然而其存在严重的体相结构破坏和电极-电解质界面反应问题。针对这一问题，吉林师范大学常立民教授，长春理工大学刘万强教授，清华大学Zechao Zhuang等人将2mol/%的钛原子掺杂到LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2（NCM）中，形成了LiNi0.6Co0.2Mn0.18Ti0.02O2（NCM-Ti），以提高正极的稳定性。研究结果表明，NCM-Ti在高截止电压4.5 V下，150次循环后具有更高的容量保留率（91.8％ vs. 82.9％）和更优越的率性能（118 vs. 105 mAh·g-1）；同时，设计的高压全电池展现出高达240 Wh·kg-1的能量密度和优异的电化学性能。进一步的分析表明，钛掺杂抑制了不受欢迎的相变和界面氧的释放，从而改善了正极的稳定性和电极-电解质界面的性能。这项研究为提高高压高镍锂层状氧化物正极的性能提供了宝贵的策略指导。
Cheng, Y., Sun, Y., Chu, C. et al. Stabilizing effects of atomic Ti doping on high-voltage high-nickel layered oxide cathode for lithium-ion rechargeable batteries.
Nano Res. 15, 4091–4099 (2022).
https://www.sciopen.com/article/10.1007/s12274-021-4035-2
2.Nano Research综述：水性Zn—气体电池阴极材料的活性位和界面工程
水性可充电Zn—气体电池作为具有高安全性和环境友好性的能量存储和转化设备备受关注。然而，其能量效率和功率密度受到阴极反应动力学缓慢的限制。在这方面，广西大学刘熙俊教授团队通过对阴极催化剂的活性位工程和界面结构调控，提出了一系列解决方案，以提高Zn—气体电池的性能。他们综述了Zn—气体电池的各种电池配置及基本反应，然后总结了针对增强阴极催化剂固有催化活性的最新进展。接着，讨论了阴极材料的结构和表面调控策略，以优化三相界面并改善电池性能。最终，他们提出了对未来Zn—气体电池发展的一些个人观点。这项研究为提高水性Zn—气体电池性能提供了重要的理论和实践指导。
Liu, W., Feng, J., Wei, T. et al. Active-site and interface engineering of cathode materials for aqueous Zn—gas batteries.
Nano Res. 16, 2325–2346 (2023).
https://www.sciopen.com/article/10.1007/s12274-022-4929-7
3.Nano Research：转化型金属阴极的优化策略
当前，由于传统插层型阴极容量有限，限制了锂金属电池（LMBs）的能量密度，因此对替代高能量阴极的需求迫切。在这一背景下，转化型金属氟化物/硫化物/氧化物阴极因其高理论比容量而备受关注，为先进LMBs提供了出色的能量密度。然而，这些阴极存在着离子/电导率低、体积变化大、反应动力学缓慢等问题，导致LMBs的容量迅速衰减和速率性能不佳。在这方面，河南大学白莹教授团队通过对阴极材料的形态调控、相结构工程、表面涂覆等方面的研究，提出了一系列有效策略以优化转化型阴极，并取得了显著成果。他们在文中详细综述了最近的研究进展、挑战和优化策略，包括异质结构构建、粘结剂功能化和电解液设计等。最终，提出了转化型金属氟化物/硫化物/氧化物阴极在LMBs中的未来展望。这项研究为提高LMBs能量密度提供了重要的理论和实践指导。
Yan, D., Yang, H.Y. & Bai, Y. Tactics to optimize conversion-type metal fluoride/sulfide/oxide cathodes toward advanced lithium metal batteries.
Nano Res. 16, 8173–8190 (2023).
https://www.sciopen.com/article/10.1007/s12274-023-5427-7
4.Nano Research：磷掺杂提升NiMoO4阳极电子导电性以实现高锂储存性能
锂离子电池（LIBs）中过渡金属氧化物的固有电导率和动力学反应是当前研究的重要热点，但也存在一定问题。在此背景下，四川大学郭孝东教授，电子科技大学Qian Liu、孙旭平教授等人通过磷掺杂的方法，成功提出了改善NiMoO4阳极固有电子导电性的策略。他们设计了磷掺杂的NiMoO4纳米棒，并通过简单的水热法和低温磷化处理制备了材料。研究结果表明，磷掺杂显著提高了材料的电子导电性和Li+扩散动力学，使得P-NiMoO4电极表现出优异的电化学性能。这项研究为提高过渡金属氧化物的电导率以实现高性能LIBs阳极提供了一种有效的途径。
Yue, L., Ma, C., Yan, S. et al. Improving the intrinsic electronic conductivity of NiMoO4 anodes by phosphorous doping for high lithium storage.
Nano Res. 15, 186–194 (2022).
https://www.sciopen.com/article/10.1007/s12274-021-3455-3
5.Nano Research：锂金属电池中利用碳碗诱导Li沉积的研究
锂（Li）金属作为高能量电池的理想阳极备受关注，然而其在循环过程中存在枝晶生长和体积膨胀等问题。在此背景下，厦门大学张桥保教授，四川大学何欣教授等人通过N掺杂的碳碗/还原石墨烯（CB@rGO）复合材料的设计，提出了一种高稳定性、无枝晶的Li金属阳极方案。碳碗主要作为导向剂，在Li镀覆过程中发挥优秀作用，而具有高导电性和机械稳定性的rGO层则维持了复合材料的完整性。研究结果表明，CB@rGO具有较低的Li金属成核过电势（18 mV）、高CE（98％），并且在1 mA·cm−2电流密度下稳定循环超过600次而无明显电压波动。这项研究不仅提供了一种优秀的CB@rGO宿主和前锂化CB@rGO复合阳极电极，还为那些受到严重体积膨胀的活性材料设计3D电极带来了新思路。
Feng, X., Wu, HH., Gao, B. et al. Lithiophilic N-doped carbon bowls induced Li deposition in layered graphene film for advanced lithium metal batteries.
Nano Res. 15, 352–360 (2022).
https://www.sciopen.com/article/10.1007/s12274-021-3482-0
6.Nano Research：钙钛矿太阳能电池界面工程的最新进展
铅卤化物钙钛矿太阳能电池（PSCs）由于其出色的性能和低成本制备工艺而备受关注。然而，PSCs的长期稳定性问题一直存在，其中界面工程成为最关键的挑战之一。在此背景下，西南石油大学光伏研究所张萌教授，黄跃龙教授，澳大利亚新南威尔士大学郝晓静教授等研究人员通过界面工程策略提出了一系列解决方案，以提高PSCs的性能和稳定性。他们的研究聚焦于钙钛矿活性层与电荷传输层之间的界面修饰，探讨了缺陷钝化、离子迁移抑制、能带对准优化和形貌控制等方面的关键问题。最终，他们得到了一些重要数据支撑：高效稳定的PSCs的实现，以及界面工程在此过程中的重要作用。这项研究为促进钙钛矿光伏技术的发展提供了重要的理论和实践指导。
Yu, W., Sun, X., Xiao, M. et al. Recent advances on interface engineering of perovskite solar cells.
Nano Res.15, 85–103 (2022).
https://www.sciopen.com/article/10.1007/s12274-021-3488-7
7.Nano Research：生物材料基可穿戴抗湿性TENG的最新进展
摩擦电纳米发电机（TENG）因其可以收集高熵能量而成为能源供应领域的研究热点。然而，可穿戴电子设备对TENG的柔性、耐湿性和低成本要求较高，这是当前面临的挑战之一。在这项研究中，中国科学院北京纳米能源与纳米系统研究所曹霞教授、王中林教授等人通过环保、多功能的小麦淀粉TENG（S-TENG）的设计与制备，提出了一种解决方案。S-TENG具有151.4 V的开路电压和47.1 µA的短路电流，不仅可驱动电子设备，还可有效收集人体运动和风力产生的能量。此外，S-TENG的输出在环境湿度增加时并未受到负面影响，反而呈现异常增加，在20% RH–80% RH范围内还可作为灵敏的自供电湿度传感器。该研究为大规模制备基于生物材料的多功能TENG，以及自供电传感和可穿戴设备的实际应用提供了重要进展。
Zheng, N., Xue, J., Jie, Y. et al. Wearable and humidity-resistant biomaterials-based triboelectric nanogenerator for high entropy energy harvesting and self-powered sensing.
Nano Res.15, 6213–6219 (2022).
https://www.sciopen.com/article/10.1007/s12274-022-4321-7
8.Nano Research：基于聚苯胺/钛碳化物纳米混合物的超高速率超级电容器
超级电容器在高能量密度和增强速率性能方面备受关注。然而，现有材料存在着一些挑战，例如速率性能不足。在此背景下，南京大学侯文华教授团队通过自组装方法成功合成了一维/二维聚苯胺/钛碳化物（MXene）（PANI/Ti3C2Tx）纳米混合物。这种材料展现出极大的比电容、超高的速率性能（从1到100 A·g−1的电容保持率达到67%）以及良好的循环稳定性。通过将PANI/Ti3C2Tx用作正极材料，组装了1.8 V的水系不对称超级电容器，其最大能量密度达到50.8 Wh·kg−1（在0.9 kW·kg−1下），功率密度为18 kW·kg−1（在26 Wh·kg−1下）。同时，还制备了一个3.0 V的有机不对称超级电容器，其超高能量密度为67.2 Wh·kg−1（在1.5 kW·kg−1下），功率密度为30 kW·kg−1（在26.8 Wh·kg−1下）。这项研究不仅提供了对于高效不对称超级电容器的重要材料设计和性能优化，还为实现高性能能量存储设备提供了关键的技术支持。
Zhou, J.et al. Ultrahigh rate capability of 1D/2D polyaniline/titanium carbide (MXene) nanohybrid for advanced asymmetric supercapacitors.
Nano Res.15, 285–295 (2022).
https://www.sciopen.com/article/10.1007/s12274-021-3472-2
9.Nano Research：互连N/P共掺杂碳纳米笼：高电容电极材料用于能量存储设备
能量存储设备（ESDs）中，异原素掺杂的碳材料具有巨大的应用潜力。本研究由安徽工业大学何孝军教授，济南大学原长洲教授，北京化工大学邱介山教授等研究者团队，通过采用纳米MgO作为模板、三聚氰胺-植酸超分子聚集体为掺杂剂，成功合成了互连的N/P共掺杂碳纳米笼（NP-CNC）。所制备的NP-CNC具备相互连接的纳米笼结构，有利于电子传输，并拥有丰富的微孔用于离子吸附。同时，NP-CNC中的共掺杂N/P物种提供了活性位点和额外的赝电容。作为对称超级电容器的电极材料，NP-CNC在0.05 A·g−1时表现出高达435 F·g−1的重量比电容，以及在0.032 A·cm−3时达到274 F·cm−3的体积比电容，且在经过50,000个循环后仍保持96.1%的电容。此外，作为锌离子混合超级电容器的阴极，NP-CNC展现出令人满意的能量密度和功率密度，分别为130.6 Wh·kg−1（82.3 Wh·L−1）和14.4 kW·kg−1（9.1 kW·L−1）。这一研究不仅提高了对于高电容电极材料的设计和性能优化的理解，同时为制备高性能ESDs提供了重要的技术支持。
Yang, L., He, X., Wei, Y. et al. Interconnected N/P co-doped carbon nanocage as high capacitance electrode material for energy storage devices.
Nano Res. 15, 4068–4075 (2022).
https://www.sciopen.com/article/10.1007/s12274-021-4003-x
10.Nano Research：晶内晶界诱导的缺陷态在分级NiCo-LDH中的作用及对电池式储能的影响
颗粒边界被认为是电化学能量存储材料的有效活性位点，因为其中缺陷富集。然而，由于其独特的二维晶格结构，层状双金属氢氧化物（LDHs）往往会生长成单晶纳米片。以往的研究大部分致力于设计分层结构，以提供更多暴露的电活性位点并加速质量传输。郑州大学邵国胜教授、胡俊华等人展示了一种策略，即在Ni/Co层状双金属氢氧化物（NiCo-LDHs）的片状结构中引入低角度晶界（LAGB）。这些富缺陷的纳米片自组装成绣球状球体，进一步构建了中空笼状结构。Ni2+/Co2+比例在“蚀刻-生长”过程中的协同作用解释了分级结构和晶界的形成。晶域边界缺陷还导致了氧空位（Vo）的优先形成。此外，密度泛函理论（DFT）计算表明，Co替代是形成相邻晶格缺陷的关键因素，有助于晶域边界的形成。制备的电池型法拉第型NiCo-LDH-2电极材料在1 A·g−1的电流密度下显著提高了比电容，达到了899 C·g−1。NiCo-LDH-2//AC不对称电容器在1.5 kW·kg−1的功率密度下展现出最大能量密度为101.1 Wh·kg−1。
Ban, J., Wen, X., Lei, H. et al. In-plane grain boundary induced defect state in hierarchical NiCo-LDH and effect on battery-type charge storage.
Nano Res. 16, 4908–4916 (2023).
https://www.sciopen.com/article/10.1007/s12274-022-4485-1
11.Nano Research：单原子Fe-N5催化剂用于高性能锌空气电池
锌空气电池（ZABs）作为一种具有巨大潜力的能源存储设备，需要创新高效的非贵金属催化剂。在此研究中，常州大学陈海群教授、何光裕教授等人制备了单原子催化剂（称为Fe-N-C/rGO SAC），其中具有独特的五个N配位的Fe（Fe-N5）中心。该催化剂在ZABs中形成了不对称的电子耗尽区域，有效促进了反应中间体的生成，并加速了氧还原反应（ORR）和氧析出反应（OER）过程。液态ZAB采用Fe-N-C/rGO催化剂表现出极高的能量密度（928.25 Wh·kg−1）、显著的峰值功率密度（107.12 mW·cm−2）和长循环寿命（400 h）。此外，柔性固态ZAB也表现出优越的可折叠性和循环稳定性。该研究为非贵金属催化剂驱动的ZAB提供了实验和理论指导。
Li, L., Chen, YJ., Xing, HR. et al. Single-atom Fe-N5 catalyst for high-performance zinc-air batteries.
Nano Res. 15, 8056–8064 (2022).
https://www.sciopen.com/article/10.1007/s12274-022-4424-1
12.Nano Research：低温质子陶瓷燃料电池用高活性和耐久性三重导电复合气体电极
质子陶瓷燃料电池（PCFCs）由于较小的活化能（Ea）更适合在低温下运行。然而，PCFC技术在降低温度下的利用受到耐用和高活性空气电极的限制。大量基于钴的氧化物已被开发为PCFCs的空气电极，因为它们具有较高的氧还原反应（ORR）活性。然而，钴基氧化物通常具有更大的热膨胀系数（TECs）和与电解质的热力学不相容性差的特性，这些特性可能导致电池层离和降解。在这里，江苏科技大学陈代芬教授，姜姗姗等人合理设计了一种新型含钴复合阴极材料，其名义组成为Sr4Fe4Co2O13+δ（SFC）。SFC由四方钙钛矿相（Sr8Fe8O23+δ，I4/mmm，81 wt.%）和尖晶石相（Co3O4，Fd3̄m，19 wt.%）组成。SFC复合阴极表现出超高的氧离子导电性（550 ℃下为0.053 S·cm−1），优异的CO2耐受性和合适的TEC值（17.01 × 10−6 K−1）。SFC具有O2−/e−导电功能，并通过引入质子导电相（BaZr0.2Ce0.7Y0.1O3−δ，BZCY）实现了三重导电（H+/O2−/e−）能力，形成SFC+BZCY（70 wt.%:30 wt.%）。SFC+BZCY复合电极在较低温度下表现出优异的ORR活性，具有极低的面积比电阻（ASR，550 ℃下为0.677 Ω·cm2），深度峰值功率密度（PPD，550 ℃下为535 mW·cm−2和1.065 V），非常长的耐久性（对称电池> 500小时，单电池> 350小时）。此外，复合材料具有极低的TEC值（15.96 × 10−6 K−1）。这项研究证明了具有三重导电能力的SFC+BZCY是低温PCFCs的优秀阴极。
Huang, Q., Jiang, S., Wang, Y. et al. Highly active and durable triple conducting composite air electrode for low-temperature protonic ceramic fuel cells.
Nano Res. 16, 9280–9288 (2023).
https://www.sciopen.com/article/10.1007/s12274-023-5531-3
13.Nano Research：高度暴露的Co-N4活性位于N掺杂类石墨烯层状多孔碳纳米片上，增强可充电锌空气电池性能
氧电催化剂在可充电锌空气电池中的性能至关重要。然而，设计高效、稳定且成本低的催化剂仍然是一项挑战。在这项研究中，南京工业大学余能飞、叶季蕾研究员、吴宇平教授，厦门大学孙世刚教授等人开发了一种新型的氧电催化剂：高度暴露的Co-N4活性位于N掺杂类石墨烯层状多孔碳纳米片上。他们通过将原子分散的Co原子锚定在N掺杂的石墨烯状多孔碳纳米片上，形成了Co-N4-C结构。这种催化剂具有优异的电导率、大表面积和三维互连的多孔结构，有效暴露了更多的Co-N4活性位，提高了氧还原反应（ORR）和氧析出反应（OER）的动力学，并减少了扩散阻力。实验结果表明，该催化剂在液态可充电锌空气电池中表现出极高的性能：高达1.51 V的开路电压，149.3 mW·cm−2的功率密度，以及超过600小时的长期稳定性。此外，该催化剂还在柔性准固态可充电锌空气电池中显示出优异的性能。这一研究为开发高性能、低成本的能量转换和储存电催化剂提供了新思路。
Yu, N., Chen, H., Kuang, J. et al. Efficient oxygen electrocatalysts with highly-exposed Co-N4 active sites on N-doped graphene-like hierarchically porous carbon nanosheets enhancing the performance of rechargeable Zn-air batteries.
Nano Res. 15, 7209–7219 (2022).
https://www.sciopen.com/article/10.1007/s12274-022-4382-7
14.Nano Research：利用戊二酮氧化还原中介提高硫的氧化还原动力学：实现高能量密度锂硫电池
锂硫（Li-S）电池因其超高理论能量密度（2,600 Wh·kg−1）而被认为是一种有前景的能量存储系统。然而，硫的缓慢氧化还原动力学一直是Li-S电池面临的主要挑战之一。为促进硫的氧化还原动力学，已经提出了氧化还原中介策略，但这些策略在实际高能量密度Li-S电池中的适用性很少被证实。在这项研究中，北京理工大学黄佳琦教授、李博权等人提出了5,7,12,14-戊二酮（PT）作为一种有效的氧化还原中介来促进硫的氧化还原动力学。研究结果表明，采用PT作为氧化还原中介的Li-S电池在实际工作条件下取得了良好的性能表现：在硫载量为4.0 mgS·cm−2和电解质/硫（E/S）比为5 µL·mgS−1的条件下，初始比容量达到了993 mAh·g−1。更重要的是，采用PT中介的实际Li-S软包电池实现了344 Wh·kg−1的实际初始能量密度，并且在20个循环后仍保持88%的高容量保持率。该研究提出了一种有效的氧化还原中介，并进一步验证了氧化还原中介策略在实际高能量密度Li-S电池中的应用。
Peng, YQ., Zhao, M., Chen, ZX. et al. Boosting sulfur redox kinetics by a pentacenetetrone redox mediator for high-energy-density lithium-sulfur batteries.
Nano Res. 16, 8253–8259 (2023).
https://www.sciopen.com/article/10.1007/s12274-022-4584-z
15.Nano Research：Ce离子和氧缺陷引入V2O5纳米带，用于高效水性锌离子储存
水性锌离子电池（AZIBs）因其成本效益高、环保且可充电而备受关注，并成为能源存储系统中突出的候选者。然而，AZIBs的进展受到合适且价格合理的阴极材料的限制。在这项研究中，山东大学熊胜林教授、奚宝娟等人通过一步水热处理实现了Ce离子插层和大量氧缺陷引入（Od-Ce@V2O5），以协同增强电化学性能。通过理论计算结果，Ce离子插层和氧空位的引入增强了V2O5结构的电导率，降低了锌离子的吸附能，扩大了层间距离，使结构更加稳定，并促进了快速扩散动力学。预期的理想阴极在0.5 A·g−1下具有444 mAh·g−1的可逆容量，并表现出优异的库仑效率，以及304.9 Wh·kg−1的非凡能量密度。这里提出的策略可能有助于进一步开发具有稳定性能的AZIBs阴极材料。
Bao, M., Zhang, Z., An, X. et al. Introducing Ce ions and oxygen defects into V2O5 nanoribbons for efficient aqueous zinc ion storage.
Nano Res. 16, 2445–2453 (2023).
https://www.sciopen.com/article/10.1007/s12274-022-4990-2
16.Nano Research：CoTe催化剂嵌入一维-二维氮掺杂碳中，双向调控锂硫电池
锂硫（Li-S）电池因其高能量密度和成本效益而受到广泛关注。然而，其仍然受到硫阴极的不受控舱内效应和锂阳极上树突生长的限制。为了解决上述问题，山东大学熊胜林教授、奚宝娟等人将高导电性的CoTe催化剂精确加载到氮掺杂纳米管和石墨烯状碳（CoTe⊂NCGs）中，作为双功能一体化载体。在锂阳极上，具有优异亲锂性能的CoTe⊂NCGs有效调节锂的均匀沉积，并抑制锂树突的混乱生长。在硫阴极上，催化锂多硫化物（LiPSs）的电化学转化以减轻恶名昭彰的舱内效应。考虑到CoTe⊂NCGs的双功能性，组装的全电池甚至在2 C的高速率下也能稳定循环800次，每个周期的容量衰减率仅为0.05％。在硫负载高、电解液贫乏（低电解液与硫的比率，E/S = 4.2）和负/正电容比（N/P = 1.6:1）低的条件下，50个周期后的面积容量为6.0 mAh·cm−2。
Li, B., Wang, P., Xi, B. et al. In-situ embedding CoTe catalyst into 1D–2D nitrogen-doped carbon to didirectionally regulate lithium-sulfur batteries.
Nano Res. 15, 8972–8982 (2022).
https://www.sciopen.com/article/10.1007/s12274-022-4537-6
17.Nano Research：具有超大层间距的二维共价有机框架作为锂离子电池高倍率阳极材料
共价有机框架（COFs）一直被广泛研究用于能源存储系统。然而，现有的COF基阳极材料存在着氧化还原活性位点利用率低和离子/电子传输缓慢等问题。因此，如何获得具有快速离子/电子传输和优异倍率性能的COF基阳极材料成为了一个挑战。在这项研究中，南开大学陈永胜教授团队设计并合成了一种具有超大层间距的哌嗪-对苯二甲醛（PA-TA）COF作为高倍率锂离子电池阳极材料。该COF具有独特的分子结构，通过合理的分子设计扩大了其层间距，从而实现了优异的倍率和循环性能。经过400次循环后，其特定容量仍保持在543 mAh·g−1，而在5.0 A·g−1的高电流密度下仍能保持207 mAh·g−1的特定容量。这项研究为开发高倍率锂离子电池电极材料提供了新的思路和方法。
Wu, M., Zhao, Y., Zhang, H. et al. A 2D covalent organic framework with ultra-large interlayer distance as high-rate anode material for lithium-ion batteries.
Nano Res. 15, 9779–9784 (2022).
https://www.sciopen.com/article/10.1007/s12274-021-3950-6
18.Nano Research：离子扩散诱导的双层掺杂策略实现稳定高效的钙钛矿太阳能电池
钙钛矿层、电子传输层（ETL）及其界面与载流子传输和提取密切相关，对电流密度具有显著影响。因此，功能层电学性能不佳对于最大化钙钛矿太阳能电池（PSCs）的热力学电流密度潜力构成了严重挑战。在这项研究中，重庆大学臧志刚教授、陈江照教授等人报道了一种离子扩散诱导的双层掺杂策略，用于实现高效稳定的PSCs，其中直接将LiOH添加到SnO2胶体分散液中。发现少量Li+离子保留在ETL和掺杂的SnO2中，而大量Li+离子扩散到SnO2/钙钛矿界面以及钙钛矿层，并形成梯度浓度分布。Li+离子掺杂赋予钙钛矿和SnO2层改善的电学性能，有助于促进载流子传输和提取。此外，掺杂后钙钛矿膜的结晶度和晶粒尺寸也得到提高。掺杂的器件在改善环境稳定性的同时，实现更高的光电转换效率（PCE），达到21.31%，而对照器件的PCE为19.26%。这项工作展示了一种简单有效的离子扩散诱导的化学掺杂策略，推动了钙钛矿光伏技术的发展。
Zhuang, Q., Wang, H., Zhang, C. et al. Ion diffusion-induced double layer doping toward stable and efficient perovskite solar cells.
Nano Res. 15, 5114–5122 (2022).
https://www.sciopen.com/article/10.1007/s12274-022-4135-7
19.Nano Research：柔性准固态钠离子全电池：超长循环寿命、高能量密度和高速率性能
弯曲的电源具有高性能、显著的柔韧性和提高的安全性，在可穿戴电子设备领域引起了越来越多的关注。然而，仍然存在许多重大挑战，特别是设计和制造具有优异电化学性能的柔性电极，并将它们与安全可靠的电解质匹配。在这项研究中，东北师范大学吴兴隆教授团队提出并研究了一种用于制备柔性电极的简便方法，该方法利用商业棉布衍生的碳布作为阴极的基板和柔性阳极。通过在柔性碳布（FCC）上高效涂覆Na3V2(PO4)2O2F (NVPOF)，制备了具有高导电性和优异柔韧性的有望阴极（NVPOF@FCC），它展现出显著的电化学性能和大大改善的反应动力学。更重要的是，通过在先进的NVPOF@FCC阴极和FCC阳极之间夹层P(VDF-HFP)-NaClO4凝胶聚合物电解质膜，可行地组装了一种新型的柔性准固态钠离子全电池（QSFB）。并且在柔性袋式电池中进一步评估了QSFBs，不仅在循环稳定性和高速率性能方面展现出优异的能量存储性能，还具有令人印象深刻的柔韧性和安全性。这项工作为柔性电极的设计提供了可行有效的策略，为实用和可持续柔性电池的发展铺平了道路。
Zhao, CD., Guo, JZ., Gu, ZY. et al. Flexible quasi-solid-state sodium-ion full battery with ultralong cycle life, high energy density and high-rate capability.
Nano Res. 15, 925–932 (2022).
https://www.sciopen.com/article/10.1007/s12274-021-3577-7
20.Nano Research：表面能演变诱导的纳米自组装氟磷酸盐阴极材料，用于高倍率和稳定钠离子电池
在材料科学与工程领域，对形状和晶体取向的控制仍然是一个巨大的挑战。在这项研究中，东北师范大学吴兴隆教授、华北科技学院李波等人实现了Na3V2(PO4)2F3 (NVPF)材料的纳米自组装形态调整，通过部分用异价的Mn2+取代V3+，基于表面能的演变。高分辨透射电子显微镜结合密度泛函理论揭示了晶体生长方向和表面能演变，是诱导NVPF不同形状和大小的纳米自组装的主要因素。此外，具有二维纳米片结构的NVPF (NVPF-NS) 在超高速率下展现出最佳的倍率性能，具有68 mAh·g−1的比容量，并且在1 C下，循环稳定性表现出80.7%的容量保持率，在1,000次循环后。更重要的是，当与Se@还原石墨烯（rGO）阳极匹配时，NVPF-NS//Se@rGO钠离子全电池显示出显著的长期稳定性，在0.5 C和−25 °C条件下经过500次循环后，容量保持率高达93.8%。因此，实验和理论计算结果表明，NVPF-NS表现出如此出色的性能，主要归因于其固有的晶体结构和{001}晶面的优先取向生长。这项工作将为发展先进钠离子电池中高性能阴极材料的新型建筑设计策略提供启示。
Gu, ZY., Heng, YL., Guo, JZ. et al. Nano self-assembly of fluorophosphate cathode induced by surface energy evolution towards high-rate and stable sodium-ion batteries.
Nano Res. 16, 439–448 (2023).
https://www.sciopen.com/article/10.1007/s12274-022-4687-6
微观形貌分析
