前沿丨国内电池领域研究进展汇总（2019.2）
※中南大学：富氧缺陷的锰酸钾抑制锰溶解助力高能量密度、 长寿命水系锌离子电池
中南大学周江、梁叔全教授团队在Advanced Functional Materials上发表了水系锌离子电池最新研究成果。该文章报道了一种具有本征结构稳定性和快速反应动力学的钾离子嵌入的富氧缺陷K0.8Mn8O16作为中性水系锌离子电池的正极材料。作者通过K+离子的稳定嵌入来抑制锰的溶解，从本质上稳定了锰基正极。这种材料表现出398W h kg-1(基于正极质量)的高能量密度和超过1000次的长循环稳定性。综合研究表明，氧缺陷对K0.8Mn8O16的快速反应动力学和容量提高起到了关键作用。此外，作者还对该材料的储能机制进行了详细的研究。论文题目：“Suppressing Manganese Dissolution in Potassium Manganate with Rich Oxygen Defects Engaged High-Energy-Density and Durable Aqueous Zinc-Ion Battery”
(a)KMO和α-MnO2的XRD图谱；(b)KMO的EDX元素映射图像；(c)KMO的HRTEM图像；(d)O1s高分辨率XPS光谱；(e)Mn L-边NEXAFS光谱；(f)KMO和α-MnO2的光致发光光谱。
※浙江大学陆盈盈团队：具有优异的亲Na/Li特性的多级Co3O4纳米纤维-碳片骨架用于高度稳定的碱金属电池
浙江大学陆盈盈教授团队(通讯作者)报道了具有优异亲Na/Li的多级Co3O4纳米纤维-碳片(CS)骨架，作为碱金属电极的稳定基体。采用商用导电碳布作为一级结构，采用简单的水热法制备垂直生长的二级Co3O4纳米纤维，之后再将熔融碱金属注入骨架中形成金属/Co-CS复合负极。这项工作为多结构的锂金属框架创造了新的设计原则，为实现下一代能源密集型碱金属电池的安全运行创造了机会。
(a)CS和Co3O4-CS骨架的照片；(b)多级结构Co3O4-CS骨架及其与熔融碱金属接触时的行为示意图；(c)CS和Co3O4-CS骨架的SEM图像（插图：普通的碳纳米纤维表面）；(d)熔融Li注入后Li/Co-CS复合负极的SEM图像（插图：具有光泽表面的Li/Co-CS负极的照片）；(e)Co3O4粉末，CS，Co3O4-CS和Li/Co-CS的XRD图；(f)单根Li/Co碳纤维横截面上的元素分布。
※中国科学技术大学：嵌入氮掺杂石墨烯中的单原子钴催化剂助力高硫含量锂硫电池
中国科学技术大学季恒星教授、武晓君教授、合肥工业大学孔祥华副教授(共同通讯作者)等报道了嵌入氮掺杂石墨烯中的单分散钴原子(Co-N/G)可以触发多硫化锂的表面介导反应。结合原位X射线吸收光谱和第一性原理计算，作者发现Co-N-C配位中心作为双功能电催化剂分别促进放电和充电过程中Li2S的形成和分解。发表在Am. Chem. Soc.，论文题目：“Cobalt in Nitrogen-Doped Graphene as Single-Atom Catalyst for High-Sulphur Content Lithium-Sulphur Batteries”
(a) Co-N/G的TEM图像；(b) Co-N/G的HAADF-STEM图像；(c) Co-N/G和N/G的高分辨XPS N1s光谱；(d) Co-N/G、Co/G、Co箔和Co3O4的XANES光谱；(e) Co-N/G、Co/G、Co箔和Co3O4的R空间中的FT-EXAFS光谱；(f) Co-N/G的小波变换。
※康飞宇、刘碧录团队：Nafion/h-BN/SPEEK三明治结构用于提高质子交换膜离子选择性，让钒电池更高效
本文发展了一种化学气相沉积限制空间方法以实现大面积单层h-BN薄膜的制备。该方法以氨硼烷为前驱体，置于气流上游，并将生长衬底-多晶铜箔卷曲于石英管内侧置于反应炉高温区，进而在靠近石英管内壁的铜箔表面制备出接近完全单层的h-BN薄膜。该研究以“Sandwiching h-BN Monolayer Films Between Sulfonated Poly(Ether Ether Ketone) and Nafion for Proton Exchange Membranes with Improved Ion Selectivity”为题，发表于ACS Nano上。
※深圳大学：喷雾干燥法制备液态聚丙烯腈掺杂的LiNi0.8Co0.15Al0.05O2用作锂离子电极材料
深圳大学刘剑洪课题组开发了一种新颖简便的喷雾干燥法制备液态聚丙烯腈(liquid polyacrylonitrile，LPAN)掺杂的LiNi0.8Co0.15Al0.05O2(LPAN@NCA)用作锂离子电池材料。该材料具有多孔球状结构，初次放电比容量在0.1C倍率时达到227.9 mA h g−1，比未掺杂LPAN的NCA高出26.6%。
(a)不同LPAN含量前驱体的热重曲线和；(b)不同LPAN含量的样品的XRD谱。
※暨南大学：MOF衍生双金属纳米电催化剂与单个有机太阳能电池联用的全解水系统
暨南大学的麦文杰研究员(共同通讯作者)、王子龙(共同通讯作者)及香港科技大学的颜河教授(共同通讯作者)等研究者在Nano Energy上发表了题为：“Solar-powered overall water splitting system combing metal-organic frameworks derived bimetallic nanohybrids based electrocatalysts and one organic solar cell”的封面文章，研究人员利用普鲁士蓝MOF结构为前驱体，设计了成分可控的FeCoP和FeCoS双金属纳米催化剂，以此为基础构建的全解水体系在电压为1.6V时电流密度为10mA cm-2。同时，基于以上的全解水体系，构建了串联结构有机太阳能电池驱动电解水产氢系统，实现了较高的太阳能-氢气转换效率(9.2%)。
※湖南农业大学吴雄伟：粘弹性和非易燃的界面设计实现无枝晶生长且高安全性的固态锂金属电池
在中国科学院化学研究所郭玉国老师的悉心指导下，来自湖南农业大学吴雄伟副教授成功的设计了具有粘弹性且非易燃的复合固体电解质解决了固体电解质与电极的接触问题并实现金属锂的均匀沉积。
※高效单原子Fe基催化剂用于锌-空气电池研究获进展
中国科学院北京纳米能源与系统研究所孙春文课题组副研究员韩军兴等人基于金属-有机框架材料(MOF)包覆和高温裂解技术成功制备了单原子Fe基催化剂。该工作以二价的FeSO4作为Fe前躯体；1,10-邻菲罗啉作为有机配体(Phen)，通过与Fe2+离子配位形成有机复合物(Fe-Phen)。在MOF晶体生长过程中，有机复合物分子(Fe-Phen)被原位包覆在具有分子尺寸的纳米腔体中，彼此被MOF骨架隔离开。在Ar气氛下经过900℃高温焙烧后得到单原子分散的Fe基催化剂。电化学测试结果表明单原子Fe基催化剂在ORR反应中的半波电位高达0.91V，比传统的Pt/C催化剂高90mV，并且优于目前文献中报道的绝大多数催化剂；电化学活性表面积约是商业Pt/C催化剂的两倍。将单原子Fe基催化剂用作一次锌-空气电池的正极催化剂，电池开路电压高达1.51V，优于Pt/C催化剂(1.45V)；功率密度达到96.4 mW cm-2；以10mA cm-2的电流密度进行放电，一次锌-空气电池可以在1.28V的放电电压下稳定运行2000min以上。相关研究成果以Single-Atom Fe-Nx-C as an Efficient Electrocatalyst for Zinc-Air Batteries为题发表在最新一期的《先进功能材料》。
(a) 一次锌-空气电池结构示意图；(b) 不同催化剂制备的电池的开路电压随时间的变化曲线；(c) 电池功率密度特性；(d) 电池放电曲线；(e) 在10 mA cm-2的电流密度下电池恒流放电曲线；(f) 展示锌-空气电池可以为电子手表供电。
参考来源：
材料人、中科院官网