顶刊动态丨AM/ Angew/Nano letters等近期各类新型储能电池学术进展汇总【新能源周报160516期】

锂离子电池已成为规模化电化学储能和车用动力电池的首选，其能量密度及各种电化学性能主要取决于正极和负极材料的嵌/脱锂特性。不过目前，水系锌离子电池、锂硫电池、锂空气电池等新型电池研究也在稳步进行。下面让我们来看看各种顶级期刊在这些新型储能电池方面的研究进展吧。

1. Advanced Materials：高能量密度和良好循环寿命的水系锌离子电池

水系锌离子有望取代目前关注度很高的锂电池。Zn基电池相比传统的锂电池具有相对较低的氧化还原电位、高的理论比容量（825 mAh/g）、较高的比能量及高安全性（不可燃的电解质溶液）。

南京工业大学、复旦大学及东华大学的研究者们制备出了以碳纤维包覆Zn的球壳结构材料为负电极的水溶液锌电池，泡沫镍包覆的Co₃O₄为正电极，电解液为1 mol/L的KOH溶液和10×10⁻³ mol/L的Zn(Ac)₂溶液。它的工作电压在1.78 V，能量密度是241 Wh/kg，在1A/g的电流密度下充放电循环2000次后，比容量为120mAh/g，容量仅损失20%。而一般的Zn基电池在循环900周后，容量就已经损失了20%。并且这种水系锌离子电池易弯曲，在柔性或者穿戴设备上有着很大的应用前景。

这种碳纤维包覆Zn的球壳结构，提供了一个解决锌基电池的循环寿命短的问题的方向。

文献链接：An Aqueous Rechargeable Zn//Co3O4 Battery with High Energy Density and Good Cycling Behavior

2.Angew：纳米MoS₂空心球负极材料提高锂硫电池容量

MoS₂作为锂电池的负极材料，其理论比容量达669 mAh/g，但是随着循环次数的增加，其微观结构会塌陷，这导致其循环性能下降、容量损失较大。

新加坡南洋理工大学的楼雄文课题组为了解决这一问题，用水热法合成尺寸为400-1000 nm的前躯体的钼—甘油酸球（MoG）。这些前躯体可以通过流化反应转换成纳米级别的MoS₂空心球。用其制成的负极材料在0.5 A/g的电流密度下充放电，有着良好的循环寿命，在100周的循环中库伦效率维持在90%以上，比容量维持在1100 mAh/g左右。这在改善MoS₂结构稳定性供了一个新的想法。

文献链接：Synthesis of Highly Uniform Molybdenum–Glycerate Spheres and Their Conversion into Hierarchical MoS2 Hollow Nanospheres for Lithium-Ion Batteries

3.Nano letters：含CeO₂纳米颗粒的碳纳米管上生长Li₂O₂材料用于锂空气电池电池

锂空气电池在充放电过程中会形成Li₂O₂从而会形成一层小于10 nm的薄膜，这将导致电池的电荷传输受限和容量衰减。

日本理化学研究所的研究人员把无水四甘醇二甲醚溶液中的LiO₂通过电化学沉积法在含有CeO₂纳米颗粒的碳纳米管的电极上表面成核、生长。通过改变溶剂的亲和性控制表面成核与生长，以及溶液介导的生长。

这种形成Li₂O₂新方法，为以改善锂空气电池催化剂的稳定性、电极和电解质的发展提供新的思路。

文献链接：Unexpected Li2O2 Film Growth on Carbon Nanotube Electrodes with CeO2 Nanoparticles in Li–O2 Batteries

4.Nano letters：多微孔的共价有机骨架混合在介孔碳纳米管的锂硫电池

近年来，锂硫电池受到了很大关注，其理论比容量高（1672 mAh/g），成本低，使其有望取代现在的锂离子电池。

韩国的蔚山国立科技研究所的研究团队发现将多微孔的共价有机骨架混合在介孔碳纳米管上，然后插在硫负极和隔膜之间。在2 C倍率下，300次的循环后，其容量约在600 mAh/g，容量保持率在84%，库伦效率维持在90%左右。而不带有这种骨架结构的锂硫电池容量保持率仅在15%。

共价有机骨架和碳纳米管的混合利用了它们的高电导率，介孔结构的快速离子传输性能，微孔结构的捕获硫化合物的能力，还有其电化学可逆性。这为锂硫电池的发展提供了一个新的思路。

文献链接：COF-Net on CNT-Net as a Molecularly Designed, Hierarchical Porous Chemical Trap for Polysulfides in Lithium–Sulfur Batteries

5.Nano Energy：一种采用NASICON结构Na₃V₂(PO₄)₃作为正极的水系锌离子电池

水系锌离子电池具有低成本，安全性高，离子电导率高等优点，在电化学储能方面有很大的应用前景。

华中科技大学的黄云辉及杨泽教授课题组探讨了NASICON结构的Na₃V₂(PO₄)₃对Ni，Zn，Mg等二价离子的嵌入性，并采用这种材料作为正极组装锌离子电池。

其中正极的Na₃V₂(PO₄)₃颗粒表面使用类石墨烯碳包裹来提高导电性，负极直接选用金属锌片，0.5 mol/L醋酸锌溶液作为电解液。这样一种锌离子电池在0.5 C的充放电倍率下，其比容量为97 mAh/g，并且可以在100次循环后保持74 mAh/g的比容量。这为以后设计和开发新的水系锌离子电池提供了新的思路。

文献链接： Towards polyvalent ion batteries: A zinc–ion battery based on NASICON structured Na3V2(PO4)3

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