【鈉離子電池】

復(fù)旦大學(xué)Dalin Sun教授課題組通過沸石咪唑鹽骨架的硫化熱還原，碳化和硫化而合成的物或為下@GO前驅(qū)體制備了硫化鈷量子點（Co₉S₈?QD），中孔中空碳多面體（HCP）基體和氧化石墨烯（rGO）包裹片組裝而成的將成海綿狀復(fù)合材料，如圖1所示。代儲^{[1, 2]}具體而言，風(fēng)口將尺寸小于4 nm的材料Co₉S₈?QD均勻地嵌入HCP基體中，該基體被封裝在大孔rGO中，硫化從而產(chǎn)生具有強耦合效應(yīng)的物或為下雙碳約束分層復(fù)合材料。實驗數(shù)據(jù)與密度泛函理論計算相結(jié)合表明，將成偶聯(lián)的代儲rGO的存在不僅可以防止顆粒的聚集和過度生長，而且可以擴展基體晶體的風(fēng)口晶格參數(shù)，從而增強鈉存儲的材料反應(yīng)性。得益于分層的硫化孔隙率，導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，物或為下結(jié)構(gòu)完整性和組件的將成協(xié)同效應(yīng)，用作無粘合劑陽極的海綿狀復(fù)合材料表現(xiàn)出出色的鈉存儲性能，具有出色的穩(wěn)定容量（循環(huán)500次后容量從628 mAh g^-1到300 mA g^-1）和出色的倍率性能（1600、3200和6400 mA g^-1電流密度下分別有529、448和330 mAh g^-1的容量）。

圖1. （Co₉S₈?QD@HCP）@rGO海綿狀復(fù)合材料的制備過程示意圖。

濟(jì)南大學(xué)Changzhou Yuan教授和南陽理工大學(xué)樓雄文教授合作通過簡便的組裝和硫化策略合成了由Fe_1-xS填充的多孔碳納米線/氧化石墨烯（Fe_1-xS@PCNWs/rGO）構(gòu)成的雜化膜，如圖2所示。^[3]所得混合膜表現(xiàn)出高柔韌性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。多維膜結(jié)構(gòu)具有多個優(yōu)點，包括提供有效的電子/離子傳輸網(wǎng)絡(luò)，緩沖Fe_1-xS納米顆粒的體積膨脹，減輕多硫化物的溶解以及實現(xiàn)高效鈉存儲的優(yōu)異動力學(xué)。當(dāng)被評估為鈉離子電池的自支撐陽極時，F(xiàn)e_1-xS@PCNWs/rGO電極在0.1 A g^-1的連續(xù)循環(huán)100次后表現(xiàn)出優(yōu)異的可逆容量（573-89 mAh g^-1）。更具競爭力的是，基于這種柔性Fe_1-xS@PCNWs/rGO陽極的鈉離子電池具有出色的電化學(xué)性能，從而突出了其在多種柔性和可穿戴應(yīng)用中的巨大潛力。

圖2. Fe_1-xS@PCNWs/rGO混合紙的構(gòu)造示意圖，以及其外觀和柔韌性（彎曲，卷起，扭曲和折疊）的圖像。

德國馬克斯·普朗克固體研究所Yan Yu教授課題組表明通過合理的建立有效的電子/離子混合導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的電極設(shè)計，可以克服鈉離子電池轉(zhuǎn)化反應(yīng)引起的問題。已經(jīng)開發(fā)了通過金屬甘油酸酯的熱硫化制備分級碳包覆金屬硫化物（MS?C）球，如圖3所示。^[4]該球在100 mA g^-1電流密度下表現(xiàn)出777 mAh g^-1的高度可逆鈉存儲容量，出色的倍率性能（在4000 mA g^-1電流密度下具有410 mAh g^-1的容量）和非常優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。

圖3.?MS?C球的制備過程。

【鋁離子電池】

青島大學(xué)Shandong Li教授課題組報道了一種使用溶劑熱方法，結(jié)合硫化策略來設(shè)計FeS₂@C雜化物的新型多層體系結(jié)構(gòu)，該體系由超薄納米薄片的構(gòu)建塊構(gòu)建而成，有利于快速電化學(xué)能量存儲，如圖4所示。^[5]電化學(xué)測量表明，多層結(jié)構(gòu)的FeS₂@C雜化物可實現(xiàn)具有高比容量、出色的倍率性能和出色的循環(huán)穩(wěn)定性的可逆鈉、鉀和鋁離子存儲過程。

圖4. FeS₂@C雜種多層結(jié)構(gòu)的合成過程。

中科院金屬所成會明院士課題組報道了使用多孔Co₃S₄微球作為陰極材料的高度可逆鋁離子電池，如圖5所示。^[6]微觀結(jié)構(gòu)使Co₃S₄的電化學(xué)性能優(yōu)于迄今為止報道的用于鋁離子電池的大多數(shù)其他陰極材料。進(jìn)一步結(jié)果顯示，該電池在陰極中經(jīng)歷了Co³⁺/Co²⁺作為氧化還原對的Al³⁺嵌入/脫出，并在陽極中進(jìn)行了金屬鋁的電化學(xué)剝離/電鍍。作者還發(fā)現(xiàn)Al³⁺在Co₃S₄本體中的擴散是限制放電/充電電流密度的關(guān)鍵動力學(xué)步驟。這項工作是在開發(fā)用于高性能鋁離子電池的低成本陰極材料方面邁出的一步，并有助于更好地了解鋁離子電池化學(xué)性質(zhì)。

圖5. 溶劑熱法制備Co₃S₄微球的示意圖。

【鉀離子電池】

澳大利亞臥龍崗大學(xué)郭再萍教授組首次報道了硫化鈷和石墨烯（CoS@G）復(fù)合材料作為鉀離子電池的陽極電極，如圖6所示。^[7]該復(fù)合材料具有均勻錨固在石墨烯納米片上的CoS納米簇的互連量子點。CoS量子點納米簇和石墨烯納米片的共存賦予了復(fù)合材料更大的表面積、高導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)、強大的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和出色的電化學(xué)儲能性能。在500 mA g^-1下循環(huán)100次后仍有310.8 mAh g^-1的容量，其倍率性能優(yōu)于同等的鈉離子電池。 這項工作表明CoS@G陽極材料的開發(fā)為擴展鉀離子電池合適的陽極材料庫提供了基礎(chǔ)。

圖6. 兩步合成硫化鈷和石墨烯（CoS@G）復(fù)合材料的示意圖。

東吳大學(xué)Yanguang Li教授課題組開發(fā)了一種通過簡便的溶劑熱方法來制備VS₂納米片，如圖7所示。^[8]單個納米片的特征是具有幾個原子層厚度，并且它們以最小化的堆疊進(jìn)行分層排列。電化學(xué)測量表明，VS₂納米片能夠快速、穩(wěn)定地存儲Na⁺或K⁺離子。最引人注目的是，Na⁺和K⁺均具有較大的可逆比容量和出色的循環(huán)穩(wěn)定性，并且優(yōu)于大多數(shù)現(xiàn)有電極材料。密度泛函理論計算進(jìn)一步支持了這項研究的實驗結(jié)果，表明VS₂的層狀結(jié)構(gòu)具有較大的吸附能，并且對于嵌入堿金屬離子具有較低的擴散勢壘。

圖7. VS₂?NSA合成過程的示意性和光譜表征。

美國馬里蘭大學(xué)王春生教授課題組將ReS₂納米片固定到氮摻雜的碳納米纖維（N-CNF）上，形成用于堿金屬（Li，Na和K）離子電池陽極的柔性ReS₂/N-CNFs紙，如圖8所示。^[9]碳納米纖維（CNFs）可以提高電導(dǎo)率，摻雜的氮可以吸收轉(zhuǎn)化反應(yīng)產(chǎn)生的硫和多硫化物。結(jié)果顯示，ReS₂/N-CNFs復(fù)合陽極在100 mA/g的LIB中400次循環(huán)后仍具有430 mAh/g的可逆容量，在100 mA/g的鈉離子電池中循環(huán)800次后具有245 mAh/g的可逆容量，以及在以50 mA/g進(jìn)行100次循環(huán)后的鉀離子中具有253 mAh/g。該性能是最新報道的所有ReS₂中最好的性能之一。另外，在不同堿離子電池中ReS₂上固體電解質(zhì)界面的形成與庫侖效率也得到了系統(tǒng)的研究。

圖8. ReS₂/N-CNFs的物理表征。

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本文由夏天的白羊供稿。

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