崔屹、鮑哲南、段鑲鋒、喬世璋、殷亞東、孫學良、陳忠偉、李巨、黃勁松、林志群、汪國秀等能源電池研究進展

1、Joule：通過H₂氣體捕獲檢測微型鋰枝晶來進行早期安全警告，用于預防鋰電池爆炸和著火

斯坦福大學崔屹教授和鄭州大學金陽等人開發了一種靈敏的檢測方法，可通過捕獲氫氣來檢測LIB中Li樹枝狀晶體的生長，以進行早期安全警告。并且作者發現即使Li枝晶的生成量極少（~2.8×10^-4?mg，50 μm），該過程依然能夠非常靈敏的引起生成H₂。通過在真正的BESS機艙中使用LiFePO₄電池組進行氣體檢測實驗，發現H₂氣體是最敏感的檢測氣體，并且比在線檢測到的其它五種氣體更早地被捕獲。使用LiFePO₄電池組的安全警告實驗證實，即使被其它電池組遮擋，仍可以在早期檢測到H₂氣體。研究人員提出的氫氣捕獲技術為微米級Li枝晶形成提供了一種有效的檢測方法，可用于早期安全預警，并將提高LIB系統的安全水平。

文獻鏈接：https://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(20)30234-8

2、Nat. Commun.: 完全可拉伸的有源矩陣有機發光電化學電池陣列

美國斯坦福大學鮑哲南教授等人首次展示了一個完全可伸展的有源矩陣驅動的有機發光電化學電池陣列，該陣列具有像人皮膚一樣的固有和完全可伸縮性。我們的皮膚顯示設備是通過對本來可拉伸的材料進行全溶液處理而制成的，從而使這些過程具有潛在的可擴展性。此外，憑借其出色的固有可拉伸性，我們的皮膚顯示設備可以潛在地與其它完全可拉伸的傳感器陣列垂直集成在一起，從而提供人機交互系統，以通過視覺交互感應人體信息顯示和檢測。在這項工作的基礎上，并結合可拉伸晶體管陣列和發光器件開發領域的快速發展，研究人員預想通過利用具有更高遷移率的晶體管陣列可以進一步提高像素密度。具有更高介電常數的氟化聚合物的進一步優化應進一步降低S/D工作電壓，以促進我們完全可拉伸的皮膚顯示器與人體的整合。

文獻鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-020-17084-w

3、Nature Nanotechnology：鈣鈦礦和Au之間的物理接觸作用

美國加州大學洛杉磯分校段鑲鋒教授等人報告了通過利用高質量的范德華接觸（vdW-contacts）對氣相生長的單晶鹵化鈣鈦礦型鈣鈦礦薄膜的遠距離光電載流子傳輸特性的研究。使用vdW觸點的遷移研究顯示，在室溫和低溫下，線性I–V特性，在整個測量溫度范圍內，Rc均比沉積的觸點低2-3個數量級。溫度依賴性運輸研究表明，在80 K左右時，載流子遷移率最高，超過2,000 cm²?V^–1?s^–1，室溫下的超低雙分子復合系數為3.5×10^-15?cm³?s^–1，光電流增益為10⁶-10⁷鈣鈦礦薄膜。此外，磁運輸低于20 K的研究表明，在3.5 K時相干長度高達49 nm的鹵化物鈣鈦礦中，量子干擾引起的弱局域行為，在相似的載流子密度下可與黑磷或InSe相媲美。

文獻鏈接：https://www.nature.com/articles/s41565-020-0729-y

4、Science Advances：先進水系電池路線圖：從材料設計到應用

澳大利亞阿德萊德大學喬世璋教授等人綜述了從基礎研究及其實際應用的角度出發，而不是匯總最近的成就，而是對限制不同AB系統中電極操作的關鍵問題進行了嚴格分析。這篇綜述還通過潛在的關系和綜合策略，對各種AB系統的快速發展進行了及時的概括理解。此外，考慮到AB的大規模應用仍處于起步階段，因此應該就下一代可靠AB的實際使用的設計原理和路線圖提出一個觀點。

文獻鏈接：https://advances.sciencemag.org/content/6/21/eaba4098

5、Nano Letters：用于高效產生太陽能驅動界面蒸汽的集成式蒸發器

加州大學河濱分校殷亞東教授和蘇州大學張橋教授等人報告了通過用2D聚吡咯微片對商用三聚氰胺泡沫進行部分改性，開發出Janus結構的熱定位太陽能蒸發器。這些二維微片可以實現高的光熱轉換效率，并提供足夠的表面積以促進向周圍水分子的熱傳遞，并使泡沫的頂層具有疏水性，從而有利于水的蒸發。未改性的底部具有出色的水傳輸和隔熱性能。此外，由于獨特的Janus潤濕性，即使在沒有光照射的情況下，復合泡沫也可以自發蒸發，證明了其在全天候應用中的潛力。高效率，低價格，出色的耐用性，行業兼容性，制造工藝可擴展性以及可商購的前體的綜合優勢使該集成設計有望用于制造適用于實際清潔水生產的大規模太陽能蒸汽發生系統。

文獻鏈接：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.0c01999

6、AM：通過同步加速器成像技術揭示鋰金屬負極的溫度相關化學和物理微觀結構

加拿大西安大略大學孫學良教授等人通過先進的表征技術來闡明鋰金屬在碳酸鹽電解質中在微觀到宏觀的不同熱條件下的（電化學）化學行為。研究人員使用不同的電化學方法評估鋰金屬負極性能，結果表明，與常規的Cu負極相比，薄鋰金屬負極需要更真實的實際鋰金屬電池庫倫效率估算。研究人員還首次利用先進的基于同步加速器的表征技術來揭示在不同溫度下循環的鋰金屬負極的化學和物理微觀結構。使用依賴于能量的X射線熒光（XRF）圖譜，可以看到SEI的不均勻化學成分，并進一步與邊緣結構附近的微X射線吸收（micro-XANES）結合，以提供有關SEI組分的信息。這項工作為了解碳酸鹽電解質系統中實用的鋰金屬負極奠定了重要基礎，并將為未來鋰保護技術的設計提供指導。

文獻鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202002550

7、Chem. Soc. Rev.：用于高能鋰金屬電池的高安全性鋰金屬負極開發策略和觀點

加拿大滑鐵盧大學陳忠偉院士，阿貢國家實驗室Khalil Amine和河南師范大學白正宇教授等人提供一些新興的策略來改善由樹枝狀鋰生長引起的安全性問題，并總結一些最新的方法，新穎的復合材料和新興的表征技術。首先，研究人員詳細描述了鋰枝晶的形成和生長機理。其次，研究人員詳細介紹了LMB中LMA的主要發展路線圖。然后，研究人員總結了開發高安全性LMA的最新策略和觀點，這些策略和觀點可分為五類：（i）界面化學法規；（ii）優化電解質成分； （iii）為LMA設計合理的“主機”；（iv）優化“ SSE”和（v）開發高能LMA的其它新興策略。接下來，研究人員希望通過表征技術的發展以及納米技術從原始液體電解質到最終解決方案“ SSE”的發展，來指定高安全性LMA的實現渠道。簡而言之，本綜述旨在介紹一些新近出現的策略，并提供一些有遠見的觀點，以改善鋰枝晶生長引起的安全隱患，這可以為實現高安全性LMB的實際應用提供有遠見的指導。

文獻鏈接：https://doi.org/10.1039/c9cs00636b

8、AM：雙極性黑磷烯界面層用于制備穩定高效鈣鈦礦太陽能電池

美國佐治亞理工學院林志群教授和北卡羅來納大學教堂山分校黃勁松教授等人通過利用雙極性BP納米片作為有效的載流子傳輸，在ETL/鈣鈦礦和HTL/鈣鈦礦界面實現一致而又增強的載流子提取，從而獲得高效穩定的PSC。由于BP的極高的電子和空穴遷移率，大大提高了在相應界面處的載流子提取和轉移，從而實現了電荷分離并抑制了電荷復合。由于在BP納米片和鈣鈦礦之間形成了范德華力異質結構，并且陷阱密度降低，因此結合了BP的PSC也顯示出更好的光吸收。結合起來，增強的電荷提取，抑制的載流子重組和強烈的光吸收的協同作用是BP雙結合設備增強的光伏性能的原因（平均PCE = 19.02±0.38％），與控制設備相比PCE改善了15％（平均PCE = 16.1％±0.33％）。疏水性聚對二甲苯薄膜封裝進一步提高了器件的抗潮穩定性。顯然，溶液剝落的BP可能是優異的雙載流子傳輸納米材料，可以通過對厚度適當的BP進行界面定位來實現高性能光電技術的重大進步。

文獻鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202000999

9、Nature：通過Coble蠕變在固態電池中沉積和剝離鋰金屬

美國麻省理工學院的李巨教授等人研究了在由混合離子電子導體（MIEC）制成的大量平行中空小管中容納的金屬鋰或鈉的沉積和剝離。研究表明表明這些堿金屬（作為單晶）可以通過沿著MIEC/金屬相邊界的主要擴散性Coble蠕變而從小管中生長出來并縮回其中。與固體電解質不同，許多MIEC在與鋰接觸時具有電化學穩定性，因此這種Coble蠕變機理可以有效緩解應力，保持電子和離子接觸，進而消除固體電解質相間碎屑，并允許鋰在10微米的距離內可逆沉積/剝離100個循環。由大約1010 MIEC圓柱體/固體電解質/ LiFePO₄組成的厘米級全電池顯示出高容量。建模表明，該設計對MIEC材料的選擇不敏感，其通道寬約100納米，深約10-100微米。通過研究MIEC通道中鋰金屬的行為，表明使用這種架構可以解決固態鋰金屬電池中具有金屬-電解質界面的化學和機械穩定性問題。

文獻鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-020-1972-y

10、Nano Letters：柔性和親鈉基體上的接觸應變助力無枝晶鈉金屬電池

澳大利亞悉尼科技大學汪國秀教授等人構建了具有親硅性和柔韌性的石墨烯基基質，以抑制高性能Na金屬電池中Na枝晶的生長。由于PRGO薄膜具有優良的親鈉性和柔韌性，因此在PRGO薄膜上觀察到均勻的Na成核和無枝晶。力學模擬表明，Na @ RGO負極中的張力梯度導致Na沉積層的海綿質感。然而，由于PRGO膜的優異的柔韌性，在Na @ PRGO膜中表現出受約束的接觸應變。抑制的張力梯度有助于形成致密且無枝晶的Na沉積層。此外，研究人員揭示了PRGO膜上Li和Na之間顯著的Na沉積行為。在半電池和全電池中，均勻緊湊的Na @ PRGO負極的電化學性能均大大優于Na @ Cu和Na @ RGO負極。堅固而靈活的PRGO基質可實現超過800次循環的出色的循環性能，具有高的庫侖效率（99.5％），平均庫侖效率較高。這項工作引入了親堿性和柔性基質，以改善Na成核和電鍍行為，這為開發高能量密度Na金屬電池開辟了一條新途徑。

文獻鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.0c02215

本文由eric供稿。

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