崔屹、鲍哲南、段镶锋、乔世璋、殷亚东、孙学良、陈忠伟、李巨、黄劲松、林志群、汪国秀等能源电池研究进展


1、Joule:通过H2气体捕获检测微型锂枝晶进行早期安全警告,用于预防锂电池爆炸和着火

斯坦福大学崔屹教授和郑州大学金阳等人开发了一种灵敏的检测方法,可通过捕获氢气来检测LIB中Li树枝状晶体的生长,以进行早期安全警告。并且作者发现即使Li枝晶的生成量极少(~2.8×10-4 mg,50 μm),该过程依然能够非常灵敏的引起生成H2。通过在真正的BESS机舱中使用LiFePO4电池组进行气体检测实验,发现H2气体是最敏感的检测气体,并且比在线检测到的其它五种气体更早地被捕获。使用LiFePO4电池组的安全警告实验证实,即使被其它电池组遮挡,仍可以在早期检测到H2气体。研究人员提出的氢气捕获技术为微米级Li枝晶形成提供了一种有效的检测方法,可用于早期安全预警,并将提高LIB系统的安全水平。

纳思达股文献链接:http://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(20)30234-8

2、Nat. Commun.: 完全可拉伸的有源矩阵有机发光电化学电池阵列

美国斯坦福大学鲍哲南教授等人纳思达股首次展示了一个完全可伸展的有源矩阵驱动的有机发光电化学电池阵列,该阵列具有像人皮肤一样的固有和完全可伸缩性。我们的皮肤显示设备是通过对本来可拉伸的材料进行全溶液处理而制成的,从而使这些过程具有潜在的可扩展性。此外,凭借其出色的固有可拉伸性,我们的皮肤显示设备可以潜在地与其它完全可拉伸的传感器阵列垂直集成在一起,从而提供人机交互系统,以通过视觉交互感应人体信息显示和检测。在这项工作的基础上,并结合可拉伸晶体管阵列和发光器件开发领域的快速发展,研究人员预想通过利用具有更高迁移率的晶体管阵列可以进一步提高像素密度。具有更高介电常数的氟化聚合物的进一步优化应进一步降低S/D工作电压,以促进我们完全可拉伸的皮肤显示器与人体的整合。

纳思达股文献链接:http://doi.org/10.1038/s41467-020-17084-w

3、Nature Nanotechnology:钙钛矿和Au之间的物理接触作用

美国加州大学洛杉矶分校段镶锋教授等人报告了通过利用高质量的范德华接触(vdW-contacts)对气相生长的单晶卤化钙钛矿型钙钛矿薄膜的远距离光电载流子传输特性的研究。使用vdW触点的迁移研究显示,在室温和低温下,线性I–V特性,在整个测量温度范围内,Rc均比沉积的触点低2-3个数量级。温度依赖性运输研究表明,在80 K左右时,载流子迁移率最高,超过2,000 cm2 V–1 s–1,室温下的超低双分子复合系数为3.5×10-15 cm3 s–1,光电流增益为106-107钙钛矿薄膜。此外,磁运输低于20 K的研究表明,在3.5 K时相干长度高达49 nm的卤化物钙钛矿中,量子干扰引起的弱局域行为,在相似的载流子密度下可与黑磷或InSe相媲美。

文献链接:http://www.nature.com/articles/s41565-020-0729-y

4、Science Advances:先进水系电池路线图:从材料设计到应用

澳大利亚阿德莱德大学乔世璋教授等人综述了从基础研究及其实际应用的角度出发,而不是汇总最近的成就,而是对限制不同AB系统中电极操作的关键问题进行了严格分析。这篇综述还通过潜在的关系和综合策略,对各种AB系统的快速发展进行了及时的概括理解。此外,考虑到AB的大规模应用仍处于起步阶段,因此应该就下一代可靠AB的实际使用的设计原理和路线图提出一个观点。

文献链接:http://advances.sciencemag.org/content/6/21/eaba4098

5、Nano Letters:用于高效产生太阳能驱动界面蒸汽的集成式蒸发器

加州大学河滨分校殷亚东教授和苏州大学张桥教授等人纳思达股报告了通过用2D聚吡咯微片对商用三聚氰胺泡沫进行部分改性,开发出Janus结构的热定位太阳能蒸发器。这些二维微片可以实现高的光热转换效率,并提供足够的表面积以促进向周围水分子的热传递,并使泡沫的顶层具有疏水性,从而有利于水的蒸发。未改性的底部具有出色的水传输和隔热性能。此外,由于独特的Janus润湿性,即使在没有光照射的情况下,复合泡沫也可以自发蒸发,证明了其在全天候应用中的潜力。高效率,低价格,出色的耐用性,行业兼容性,制造工艺可扩展性以及可商购的前体的综合优势使该集成设计有望用于制造适用于实际清洁水生产的大规模太阳能蒸汽发生系统。

文献链接:http://doi.org/10.1021/acs.nanolett.0c01999

6、AM:通过同步加速器成像技术揭示锂金属负极的温度相关化学和物理微观结构

加拿大西安大略大学孙学良教授等人通过先进的表征技术来阐明锂金属在碳酸盐电解质中在微观到宏观的不同热条件下的(电化学)化学行为。研究人员使用不同的电化学方法评估锂金属负极性能,结果表明,与常规的Cu负极相比,薄锂金属负极需要更真实的实际锂金属电池库伦效率估算。研究人员还首次利用先进的基于同步加速器的表征技术来揭示在不同温度下循环的锂金属负极的化学和物理微观结构。使用依赖于能量的X射线荧光(XRF)图谱,可以看到SEI的不均匀化学成分,并进一步与边缘结构附近的微X射线吸收(micro-XANES)结合,以提供有关SEI组分的信息。这项工作为了解碳酸盐电解质系统中实用的锂金属负极奠定了重要基础,并将为未来锂保护技术的设计提供指导。

文献链接:http://doi.org/10.1002/adma.202002550

7、Chem. Soc. Rev.:用于高能锂金属电池的高安全性锂金属负极开发策略和观点

加拿大滑铁卢大学陈忠伟院士,阿贡国家实验室Khalil Amine和河南师范大学白正宇教授等人提供一些新兴的策略来改善由树枝状锂生长引起的安全性问题,并总结一些最新的方法,新颖的复合材料和新兴的表征技术。首先,研究人员详细描述了锂枝晶的形成和生长机理。其次,研究人员详细介绍了LMB中LMA的主要发展路线图。然后,研究人员总结了开发高安全性LMA的最新策略和观点,这些策略和观点可分为五类:(i)界面化学法规;(ii)优化电解质成分; (iii)为LMA设计合理的“主机”;(iv)优化“ SSE”和(v)开发高能LMA的其它新兴策略。接下来,研究人员希望通过表征技术的发展以及纳米技术从原始液体电解质到最终解决方案“ SSE”的发展,来指定高安全性LMA的实现渠道。简而言之,本综述旨在介绍一些新近出现的策略,并提供一些有远见的观点,以改善锂枝晶生长引起的安全隐患,这可以为实现高安全性LMB的实际应用提供有远见的指导。

纳思达股文献链接:http://doi.org/10.1039/c9cs00636b

8、AM:双极性黑磷烯界面层用于制备稳定高效钙钛矿太阳能电池

美国佐治亚理工学院林志群教授和北卡罗来纳大学教堂山分校黄劲松教授等人纳思达股通过利用双极性BP纳米片作为有效的载流子传输,在ETL/钙钛矿和HTL/钙钛矿界面实现一致而又增强的载流子提取,从而获得高效稳定的PSC。由于BP的极高的电子和空穴迁移率,大大提高了在相应界面处的载流子提取和转移,从而实现了电荷分离并抑制了电荷复合。由于在BP纳米片和钙钛矿之间形成了范德华力异质结构,并且陷阱密度降低,因此结合了BP的PSC也显示出更好的光吸收。结合起来,增强的电荷提取,抑制的载流子重组和强烈的光吸收的协同作用是BP双结合设备增强的光伏性能的原因(平均PCE = 19.02±0.38%),与控制设备相比PCE改善了15%(平均PCE = 16.1%±0.33%)。疏水性聚对二甲苯薄膜封装进一步提高了器件的抗潮稳定性。显然,溶液剥落的BP可能是优异的双载流子传输纳米材料,可以通过对厚度适当的BP进行界面定位来实现高性能光电技术的重大进步。

纳思达股文献链接:http://doi.org/10.1002/adma.202000999

9、Nature:通过Coble蠕变在固态电池中沉积和剥离锂金属

美国麻省理工学院的李巨教授等人研究了在由混合离子电子导体(MIEC)制成的大量平行中空小管中容纳的金属锂或钠的沉积和剥离。研究表明表明这些碱金属(作为单晶)可以通过沿着MIEC/金属相边界的主要扩散性Coble蠕变而从小管中生长出来并缩回其中。与固体电解质不同,许多MIEC在与锂接触时具有电化学稳定性,因此这种Coble蠕变机理可以有效缓解应力,保持电子和离子接触,进而消除固体电解质相间碎屑,并允许锂在10微米的距离内可逆沉积/剥离100个循环。由大约1010 MIEC圆柱体/固体电解质/ LiFePO4纳思达股组成的厘米级全电池显示出高容量。建模表明,该设计对MIEC材料的选择不敏感,其通道宽约100纳米,深约10-100微米。通过研究MIEC通道中锂金属的行为,表明使用这种架构可以解决固态锂金属电池中具有金属-电解质界面的化学和机械稳定性问题。

文献链接:http://www.nature.com/articles/s41586-020-1972-y

10、Nano Letters:柔性和亲钠基体上的接触应变助力无枝晶钠金属电池

澳大利亚悉尼科技大学汪国秀教授等人构建了具有亲硅性和柔韧性的石墨烯基基质,以抑制高性能Na金属电池中Na枝晶的生长。由于PRGO薄膜具有优良的亲钠性和柔韧性,因此在PRGO薄膜上观察到均匀的Na成核和无枝晶。力学模拟表明,Na @ RGO负极中的张力梯度导致Na沉积层的海绵质感。然而,由于PRGO膜的优异的柔韧性,在Na @ PRGO膜中表现出受约束的接触应变。抑制的张力梯度有助于形成致密且无枝晶的Na沉积层。此外,研究人员揭示了PRGO膜上Li和Na之间显著的Na沉积行为。在半电池和全电池中,均匀紧凑的Na @ PRGO负极的电化学性能均大大优于Na @ Cu和Na @ RGO负极。坚固而灵活的PRGO基质可实现超过800次循环的出色的循环性能,具有高的库仑效率(99.5%),平均库仑效率较高。这项工作引入了亲碱性和柔性基质,以改善Na成核和电镀行为,这为开发高能量密度Na金属电池开辟了一条新途径。

文献链接:http://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.0c02215

本文由eric供稿。

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