溫馨提示：本推文包含13篇文獻，預計閱讀時間約13min，大家挑感興趣的關注。p.s.文末會附有過去三周周報鏈接。1. Nat. Commun.：採用雙膜電池結構的高性價比鹼性多硫化物空氣氧化還原液流電池
隨着可再生能源收集技術的快速發展，對可在電網規模上部署的長時間儲能技術有着巨大的需求。在這方面，多硫化物空氣氧化還原液流電池顯示出巨大的潛力。然而，多硫化物的滲透是一個重大挑戰。在這裡，本文報告了一種穩定且經濟高效的鹼性混合多硫化物-空氣氧化還原液流電池，其中雙膜結構的液流電池設計緩解了硫滲透問題。此外，將錳/碳催化空氣電極與硫化泡沫鎳多硫化物電極相結合，氧化還原液流電池的最大功率密度在50%充電狀態和55°C下達到5.8 mW cm-2。在1 mA cm-2的條件下，80次循環的平均往返能量效率也達到了40%。根據所報告的性能，技術經濟分析表明，這種鹼性多硫化物空氣氧化還原液流電池的能源和電力成本分別約為2.5美元/千瓦時和1600美元/千瓦，並具有進一步降低的空間。https://doi.org/10.1038/s41467-022-30044-w2. Nat. Commun.：腐蝕是氧化釩基水性鋅離子電池壽命有限的根源由於水性鋅離子電池在安全性、成本和可擴展性方面具有特別的優勢，因此在大型儲能系統中受到越來越多的關注。儘管各種成分的釩氧化物已被證明可以可逆地儲存鋅離子，但其有限的循環性，尤其是在低電流密度下，以及較差的老化壽命，阻礙了其廣泛的實際應用。在此，本文揭示了陰極表面形成的電化學非活性焦釩酸鋅（ZVO）相是有限可持續性的主要原因。此外，ZVO的形成與鋅金屬對電極通過擾動電解液的pH而發生的腐蝕密切相關。因此，VO2(OH)2−的溶解，ZVO中釩的來源不再被阻止。本文提出的混合鋅陽極通過阻止陽極處的腐蝕，大大提高了循環性，驗證了pH控制的重要性以及兩個電極之間的相互作用。https://doi.org/10.1038/s41467-022-29987-x3. Nat. Mater.：鋰離子電池氧化鈮電極電化學誘導非晶態-岩鹽相變插層型金屬氧化物由於在低電壓下鍍鋰的風險降低，是安全可充電鋰離子電池的有前途的負極材料。然而，其較低的能量和功率密度以及循環不穩定性仍然是限制其發展的瓶頸，尤其是對於快速充電應用。在這裡，本文報道了一種納米結構的岩鹽Nb2O5電極，該電極在與Li+重複的電化學循環中通過非晶態到晶態的轉變形成。該電極每Nb2O5可可逆循環三種鋰，在20 mAg-1下對應容量為269 mAh g-1，並在1Ag-1的高倍率下容量保留為191mAh g-1。該電極具有極好的循環穩定性，在200 mA g-1進行400次循環後容量為225 mAh g-1，庫侖效率為99.93%。本文將增強的性能歸因於立方岩鹽框架，它促進了低能遷移路徑。本文的工作表明，通過電化學循環誘導非晶態納米材料的晶化是製備非常規高性能金屬氧化物電極材料的一個很有前途的途徑。https://doi.org/10.1038/s41563-022-01242-04. Adv. Funct. Mater.：在超薄的2D Ru基納米片中降低具有平面內合金結構的非質子Li-CO2電池的過電位非質子Li-CO2電池是一種具有CO2固定和轉化能力的新型儲能技術。然而，它的實際應用仍然受到大過電位的阻礙。本文報道了一種簡便的一鍋溶劑熱法合成一系列超薄2D Ru-M（M=Co、Ni和Cu）納米片的一般方法。作為理念驗證，具有代表性的RuCo納米片用作鋰-二氧化碳電池的陰極催化劑，其顯示出3.74 V的低充電電壓、0.94 V的小過電位，因此具有75%的高能效。原位研究和密度泛函理論計算表明，RuCo納米片優異的催化性能來源於放電過程中對Li和CO2的吸附增強，以及平面RuCo合金結構在充電過程中與Li2CO3的電子相互作用增強。這項工作表明，利用超薄2D合金納米材料的平面內金屬合金位置提高鋰-二氧化碳電池的電化學性能是可行的。https://doi.org/10.1002/adfm.2022027375. Adv. Funct. Mater.：高穩定的Fe2+/Ti3+基氟化物陰極，實現鈉離子電池的低成本高性能電網規模的儲能系統需要低成本、高能量密度、長壽命電池。這一需求促進了陰極材料的發明，使電荷載流子離子能夠存儲在具有多維擴散路徑且體積變化小的開放框架晶體結構中。在本文中，Na2TiFeF7被報道為一種有前途的鈉離子電池（SIB）氟基陰極材料。通過使用各種實驗和第一性原理計算的聯合研究，證實了具有3D擴散路徑的Na2TiFeF7在C/20和包括高Fe2+/3+氧化還原電位(≈3.75V)平均工作電壓為≈3.37V(vsNa+/Na)下具有≈185 mAh g-1比容量。即使在5C下，由於低帶隙能量(≈1.83 eV）和低活化勢壘能(≈477.68 meV）比容量為≈136 mAh g-1被保留(≈73%的理論容量），以便於Na+擴散，表明其具有優異的功率容量。此外，由於在Na+脫附/插層過程中結構體積變化較小(≈0.96%），在1C下進行600次循環後，由三維互連(Fe，Ti)F6八面體組成的Na2TiFeF7具有出色的容量保持能力為≈71%。這些發現為基於氟化物的新型高性能SIB陰極材料的開發提供了見解。https://doi.org/10.1002/adfm.2022018166. Nat. Commun.：垂直優化的相分離和改進的激子擴散使具有厚活性層的有機太陽能電池成為可能厚有源層有機太陽能電池(OSCs)的研製對大面積太陽能板卷對卷印刷具有重要意義。不幸的是，增加活性層的厚度通常會導致效率的顯著降低。在此，研究者們製備了一個由一個聚合物給體和兩個非富勒烯受體組成的活性層的厚膜OSCs。這兩種受體在混合相中都具有較大的激子擴散長度，有利於激子的產生和解離。採用逐層法對垂直相分離進行優化。在激子擴散長度增大和垂直相分離梯度的協同作用下，300 nm厚膜的效率為17.31%(認證值為16.9%)，短路電流密度為28.36 mA cm−2，填充係數為73.0%。此外，活性層厚度為500 nm的器件效率也達到了15.21%。這項工作為厚活性層OSCs的製備提供了有價值的見解。https://doi.org/10.1038/s41467-022-29803-67. Nat. Mater.：通過精細的雙纖維網絡形態，單結有機太陽能電池的效率超過19%在有機光伏中，納米尺度上給體和受體結構域的形態控制是實現激子擴散和解離、載流子輸運和抑制複合損失的關鍵。為了實現這一點，研究者們在這裡展示了一個基於三元給體-受體形態的多長度尺度的雙纖維網絡，該網絡由輔助共軛聚合物結晶器和非富勒烯受體絲組裝而成。使用這種方法，研究們實現了19.3%的平均功率轉換效率(認證為19.2%)。成功的原因在於光電參數與形態特徵長度的良好匹配，有效地利用了激子和自由電荷。這一策略導致了激子擴散長度的增強和複合速率的降低，因此與二元器件相比，最小化了三元器件中的光子對電子損失。雙纖維網絡形態策略使損耗最小化，功率輸出最大化，在單結有機光伏中提供20%的功率轉換效率的可能性。
原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41563-022-01244-y目前鈣鈦礦太陽能電池商業化的最大挑戰是確保長期穩定性。在這裡，研究們開發了脈衝療法，通過解決最大功率點跟蹤(MPPT)中間電荷和離子的積累，可以恢復老化的器件，並最終延長器件的壽命。在這種技術中，反向偏差在短時間內反覆應用，以消除積累的電荷，並在不停頓操作的情況下重新分配在電力收集期間遷移的離子。有趣的是，這種療法不僅可以延緩不可逆的退化，還可以在短暫的反向偏置後立即恢復退化的能力。在治療過程中對光致發光強度和光電流動力學的原位測量證實，新形成的缺陷可以由於放電和離子重分布而湮滅，具有抑制缺陷形成和不可逆降解的特點。在長期測試中，研究們觀察到器件穩定性和總能量收集的顯著改善。https://doi.org/10.1016/j.joule.2022.04.0079. Adv. Funct. Mater.：准平面異質結全聚合物太陽能電池:穩定性的雙重途徑除了效率之外，穩定性是發展有機太陽能電池的另一個關鍵因素。准平面異質結(Q-PHJ)結構將兩個純層作為主要的、微小的納米級異質結(BHJ)結合在界面上，具有比BHJ器件更好的器件穩定性。在這一貢獻中，研究者們合成了聚合物給體PBQx-H-TF和構型定義的聚合物受體PBTIC-γ-TSe，並用正交溶劑製備了雙層膜器件，相應的Q-PHJ全聚合物太陽能電池(all-PSCs)具有可靠的穩定性和高效率。PCE達到了令人鼓舞的15.77%，是全雙分子層結構Q-PHJ全pscs中最高的。在BHJ器件中，PCE比13.91%有了重大改進，並且在Q-PHJ全pscs中減少重組後，載流子傳輸性能顯著提高。得益於雙層結構，Q-PHJ全pscs的穩定性大大提高了BHJ器件。老化的BHJ比老化的Q-PHJ all-PSCs的電荷重組過程更為嚴重。這一工作啟發了Q-PHJ在高效全pscs製備中的應用，也從材料和器件工程的雙重角度對提高器件穩定性提供了指導。https://doi.org/10.1002/adfm.20220182810. ACS Energy Lett.：用於高效柔性鈣鈦礦太陽能電池的SnO2-TiO2雜化電子傳輸層無機電子傳遞層(ETLs)，如二氧化鈦(TiO2)和二氧化錫(SnO2)，是n-i-p結構鈣鈦礦太陽能電池(PSCs)的重要組成部分。特別是，柔性PSCs (f-PSCs)的ETL使用了聚合物襯底，要求與透明導電氧化物(TCO)具有很強的附着力，並在150℃以下形成均勻的薄膜。因此，SnO2膠體納米顆粒主要用於滿足這些需求。然而，在效率、塗層均勻性和對TCO的附着力方面仍有改進的機會。在本研究中，研究們通過在SnO2膠體溶液中加入一定量的二氧化鈦納米溶膠作為無機粘結劑，製備了SnO2-TiO2複合電極。與單獨使用SnO2膠體相比，使用SnO2-TiO2複合電極製備的f-PSC不僅由於與基體的強附着力而表現出更好的抗彎曲力學可靠性，而且由於改進的能量排列而大大提高了效率。最終，SnO2-TiO2複合電極的效率為21.02%，在一個小模塊(7×7 cm2)中，由於大面積覆蓋均勻，效率甚至超過16%。本研究為高效f-PSCs的ETL提供了一種新的策略。https://doi.org/10.1021/acsenergylett.2c0063711. ACS Energy Lett.：高性能穩定的二維鈣鈦礦太陽能電池的定向大晶粒贗鹵化物輔助生長來自晶界和晶界的缺陷以及二維鈣鈦礦薄膜的隨機相分布通常會導致非輻射複合以及載流子輸運和穩定性的降低。在此，研究者們發現，偽鹵化物可以促進定向大顆粒二維鈣鈦礦薄膜的生長。結果表明，偽鹵化物添加劑能誘導二維鈣鈦礦的聚集和組裝，有效地促進隨機的低n相組裝成純的高n相，並增大相應的晶粒尺寸。同時，鈣鈦礦薄膜的相分布、結晶質量和載流子輸運也得到了改善。經過偽鹵化物優化的鈣鈦礦太陽能電池的PCE顯著提高了18.72%，滯後可以忽略不計。重要的是，未封裝的器件在55 °C持續加熱1180 h後，仍能保持100%的初始效率。在最大功率點(MPP)下持續光照1200 h後，器件的效率僅下降了13.3%。
原文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsenergylett.2c0048512.Matter：在電解液中植入離子選擇性「皮膚」實現高能安全的鋰硫電池電解質中的離子動力學調控對於緩解鋰硫電池中的多硫化物穿梭和枝晶生長具有重要意義。受離子交換膜溶質-聚合物相互作用可調的啟發，我們在電解質中通過原位凝膠化的方法植入了由甲基丙烯酸異氰乙酯接枝的聚乙烯亞胺（PEI-IEM）構建的離子選擇性「皮膚」。這種定製的表皮賦予了基於PEI-IEM的凝膠聚合物電解質以具有豐富極性基團的超支化網絡，從而提高了電解質的耐燃性，實現了對多硫化物遷移的阻礙，並且促進了 鋰離子傳輸以防止不均勻沉積。因此，基於PEI-IEM的凝膠聚合物電解質賦予增強的硫電化學可逆性和高安全性，如10 Ah鋰硫袋狀電池（其具有2.6的低電解質/硫比和過量鋰負極， 412.7 Wh kg-1的能量密度）所證明的。該概念驗證研究為調整電解質的離子行為以獲得高能量和安全的鋰硫電池提供了新的見解。https://doi.org/10.1016/j.matt.2022.04.01713.ACS Energy Lett.：非球面會導致電池活性粒子中嵌鋰不均勻期望均勻的嵌入鋰以實現下一代鋰離子電池。雖然我們期望在經歷相變的材料中的不均勻性，但是認為諸如鎳錳鈷氧化物的單相嵌入材料在顆粒/電解質界面處均勻地鋰化。然而，最近的成像揭示了不均勻的鋰化。受這種差異的啟發，我們檢查非球面顆粒形狀是否會導致這種不均勻性，因為傳統的信念是基於球形顆粒理論的。我們使用快速的基於實驗室的X射線成像獲得真實的顆粒幾何形狀，並且隨後基於物理的計算，該計算考慮了在顆粒/電解質界面處的電化學反應和在顆粒主體內部的鋰傳輸。非球面幾何形狀破壞了對稱性，並且導致了不均勻的反應分布。當顆粒變得更非球面時，這種不均勻性加劇。在不存在導致不均勻性的其它機制（例如顆粒結構、不均勻的碳-粘結劑塗層等）的情況下，所提出的機制代表了在非球面顆粒中可實現的鋰化均勻性的基本極限。https://doi.org/10.1021/acsenergylett.2c008702022.4.19-能源周報：Nature、Nat. Energy、Angew、AM、Joule等大合集！2022.4.26-能源周報：Nature、Science、Nat. Energy、Nat. Nano.、JACS、Angew等大合集！2022.5.3-能源周報：Science、Nat. Energy、Nat. Nano.、JACS、Angew等大合集！更多科研作圖、軟件使用、表徵分析、SCI 寫作、名師介紹等乾貨知識請進入後台自主查詢。
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