高锂利用率锂金属负极及其在锂硫电池中的研究进展

随着社会的进步与环保意识的提高,至2030年,众多老牌汽车厂商都会停止生产内燃机汽车。目前国内外的汽车市场无不对电动汽车或混合动力汽车加大研究投入,高比能量锂离子电池作为新时代汽车储能装置的关键组成部分,一直广受关注。目前锂离子电池负极材料如石墨、硅碳等已经广泛应用于锂离子电池中,但石墨负极低的储锂质量比容量(372 mA•h/g)和硅碳负极巨大的体积膨胀效应一直限制了它们的进一步发展。而正极材料如LiFePO4、LiMO2 (M = Ni、Co、Mn)等虽然也已经投入商用,但低储锂质量比容量(<300 mA•h/g)、安全性、倍率性能等问题也限制着它们的发展。被誉为下一代储能系统最有力候选者的锂硫电池是由有着质量比容量分别为3860 mA•h/g和1675 mA•h/g的锂金属负极和硫正极组成的。然而由于锂金属负极存在着枝晶生长的问题,并且硫正极产生的多硫化物会在电解液中溶解引起穿梭效应,这些都严重影响着锂金属电池锂的利用率及锂硫电池的硫利用率。本综述详细介绍了锂金属电池面临的问题以及锂硫电池目前的研究进展。

锂金属负极保护的研究进展

随着先进的便携式电子产品、电动汽车、电网储能系统和航天等技术的飞速发展,传统锂离子电池的内在局限性限制了它们在未来巨大能源需求面前的进一步应用。金属锂因其具有高的比容量(3861 mA∙h∙g–1)、最低的电化学势(–3.04 V相对于标准氢电极)和较小的密度(0.534 g∙cm–3),一直被认为是用于下一代高比能可充电池负极材料中的“圣杯”。但是金属锂负极所存在的固有问题几十年来一直阻碍着它的实际应用,主要包括锂枝晶的形成穿刺隔膜所引起的短路,循环过程中无限的体积变化带来的断路现象,以及不稳定的固态电解质界面膜(SEI)造成的性能衰减、效率低下等问题。更严重的是,这些问题在电池实际工作过程中会相互交织影响,导致锂金属电池性能进一步恶化。而以上问题与锂金属负极界面息息相关,基于此,本文对锂金属负极保护设计及研究进展进行了详细的概述。

固态锂金属电池安全性研究进展

目前,固态锂金属电池(SSLMB)是实现高能量密度的下一代储能设备之一,其中,全固态电解质(SSEs)的使用有望彻底解决锂金属负极带来的安全问题。由于以往对SSEs电池的刻板印象,大部分研究主要集中于提高SSLMBs的电化学性能,而忽略了其安全性问题。然而,在实际研究过程中,SSLMBs潜在安全性问题逐渐暴露。本综述总结了几种可能引发电池安全问题的原因,并简要概述了相应解决方案。最后,对今后超高安全性SSLMBs的研究进行了总结和展望。

空气/水稳定的锂金属负极研究进展

锂金属作为最理想的二次电池负极材料,以锂金属为负极的锂金属电池是应对未来高能量密度储能器件需求挑战的有效解决方案之一。但是,锂金属电池的实际应用受到锂金属固有缺点的限制,例如在循环过程中锂枝晶的过度生长,生产过程中对潮湿空气的敏感性,都存在潜在的安全性问题,本文总结了生产制造阶段设计空气/水稳定的锂金属负极的研究进展。

高熵合金作为一种优异电催化剂的理解、合理设计和应用:综述

高熵合金近年来在电催化领域广受关注.由于其四大“核心效应”,即高熵效应、晶格畸变效应、迟滞扩散效应和鸡尾酒效应,高熵合金在诸多电催化反应中展现出了优异的活性和选择性.然而在已报道的文献综述中,有关其优异性能的理解以及合理设计的系统性总结仍然具有局限性.本文不仅综述了高熵合金电催化剂的特点和设计准则,还对其应用的最新进展进行了系统性的归纳整理,对高熵合金未来的发展具有指导意义.首先我们从多个角度阐明了高熵合金作为一种优异电催化剂的原因,包括其出色的机械性能、可优化的结构和组成、大量具有高本征活性的活性位点,以及出色的稳定性.为了进一步深入对高熵合金电催化剂的理解,我们还从设计准则、元素选择,以及理论计算预测材料性质等角度,详细介绍了高熵合金的合理设计.随后,我们介绍了高熵合金电催化剂在电解水、有机小分子氧化、燃料电池和碳/氮基转化反应的最新研究进展,其中还包括了一系列理论计算和原位表征在理解催化反应机理方面的应用.最后,我们展望了高熵合金电催化剂在未来发展中面临的挑战和机遇.