大牛帶你盡覽儲能前沿-Natl.Sci.Rev.儲能材料綜述專題（特邀編輯曹國忠）

能源問題是當今世界面臨的最大挑戰之一，其中一種解決方案是研制高效可靠的儲能材料、設備和系統。它們可以將太陽能、風能、潮汐能等儲存起來，為人類活動不間斷地供給能量。《國家科學評論》2017年第1期出版了關于儲能材料的前沿進展專題，敬請收閱。

1. 特邀編輯：尋找可充電電能系統的更好材料

在環境上和地緣政治上可持續地滿足全世界不斷增長的人口的能源需求是當今人類面臨的最重要的技術挑戰。可持續或清潔能源中面臨的挑戰及對其的需求已經刺激并催化出了很多努力，這導致了清潔能源技術中的重大進步及其商業化。例如太陽能電池和風能的迅速發展，但是清潔能源在人類現今使用的能源中仍占很少的比例。清潔能源具有不連續的屬性，同時現代社會的運轉依賴于不間斷的能源來保證穩定和高效的能量轉化，并且儲能技術也是不可或缺的。在此之中，尋找更好的材料對可充電系統來說是關鍵一環。

近期，來自美國華盛頓大學材料科學與工程系終身教授曹國忠作為特邀編輯提出了尋找可充電電能系統的更好材料的問題，并對本期的文章進行了簡要介紹。

曹國忠

文獻鏈接：Guozhong Cao. Search for better materials for rechargeable electric energy storage（Natl.Sci.Rev.，2017，DOI:10.1093/nsr/nww091）

2. 研究亮點：通過晶種生長控制鋰金屬

近年來，將鋰金屬應用于電池中的陽極已經使全世界投入了巨大熱情。鋰金屬電池的比能量比現今電動車使用的電池高出三倍。但是，在沉積和剝離過程中鋰枝晶生長的不可控性及有限的庫倫效率限制了其實際應用。

最近，來自美國休斯頓大學的姚彥教授詳細闡述了利用晶種生長對鋰金屬的沉積及形貌進行調控的方法，降低了鋰枝晶出現的幾率并提高了電池的穩定性。

姚彥

文獻鏈接：Yan Yao.?Taming lithium metal through seeded growth（Natl.Sci.Rev.，2017，DOI:10.1093/nsr/nww084）

3. 觀點：調控電池中的界面相

電荷在電解液和電極間的轉移會影響電化學器件內部電池反應的動力學和可逆性。當器件工作在電解液的熱力學穩定限之上時，界面相就會在界面處形成。而界面相往往是影響電池能量密度的關鍵因素。

最近，來自美國陸軍研究實驗室的許康教授在文章中詳細討論了電池中界面相對新電池化學成功的影響，并對其調控進行了介紹。

許康

文獻鏈接：Kang Xu. Manipulating interphases in batteries（Natl.Sci.Rev.，2017，DOI:10.1093/nsr/nww043）

4. 觀點：柔性電池

柔性及可穿戴電子器件的研究是當下的熱點領域，然而，限制其發展的瓶頸是柔性電化學儲能器件的發展。

最近，來自中國科學院金屬研究所的成會明院士和李峰研究員等人就柔性電池的發展以及目前面臨的問題進行了闡述。

成會明

李峰

文獻鏈接：Lei Wen，Jing Chen，Ji Liang，Feng Li，Hui-Ming Cheng. Flexible batteries ahead（Natl.Sci.Rev.，2017，DOI:10.1093/nsr/nww041）

6. 綜述：通過嵌入反應實現儲能：可充電電池中的電極

電化學儲能已經成為現代所有電子器件重要的實現手段，并將會在更多的電動汽車和電網級別的儲能系統中得到應用。

最近，來自華盛頓大學的曹國忠教授、武漢理工大學的麥立強教授和桂林理工大學的李延偉教授等人共同發表綜述，對嵌入式電極的歷史進行了回顧，并對基于嵌入反應的電池的基本概念進行了闡述。同時總結了衡量電池性能的指標：能量密度、功率密度、安全性和穩定性，還闡明了電極材料的性質及其與化學基礎和物理結構間的關系以及近期的研究進展，最后指出了目前面臨的挑戰和發展的方向。

曹國忠

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麥立強

李延偉

文獻鏈接：Robert C. Massé，Chaofeng Liu，Yanwei Li，Liqiang Mai，Guozhong Cao. Energy storage through intercalation reactions: electrodes for rechargeable batteries（Natl.Sci.Rev.，2017，DOI:10.1093/nsr/nww093）

7. 綜述：基于轉換反應的可充電鋰金屬電池

鋰離子電池應用于消費電子領域已經有二十年的歷史，傳統的鋰電池都是基于鋰離子的嵌入和脫嵌實現電能的存儲和釋放，然而，這種電池的理論容量限制了其進一步發展。

最近，來自中科院化學研究所的郭玉國研究員和中科院長春應用化學研究所的張新波研究員等人發表了關于基于轉換反應的可充電鋰離子電池的綜述。文中以Li-S電池和Li-O₂電池為例，聚焦于新興鋰離子電池中的轉換反應。對電池中關鍵組分的基礎電化學和近期研究進展進行了廣泛的討論，指出了在Li-S電池和Li-O₂電池中轉換反應面臨的主要問題和解決策略，并對進行最優性能電池的涉及進行了闡述。

張新波

郭玉國

文獻鏈接：Sen Xin, Zhiwen Chang, Xinbo Zhang, Yu-Guo Guo.?Progress of rechargeable lithium metal batteries based on conversion reactions（Natl.Sci.Rev.，2017，DOI:10.1093/nsr/nww078）

8. 綜述：贗電容材料在電化學電容器中的應用：從理性設計到電容優化

在不同的儲能器件中，電化學電容器（ECs）擁有突出的供能能力但是能量密度相對較低。增加電化學電容器能量密度的一個方法就是從碳基雙電層電容器到贗電容的轉變，這會使電容器擁有更大的電容量。

最近，來自南京航空航天大學的張校剛教授等人發表綜述，對贗電容材料在電化學電容器中的應用進行了詳細闡述。相比碳基材料，贗電容電極在電子或離子的轉移的過程中其電阻較高，這會嚴重限制其容量、倍率性能和可循環性。電極的理性設計為優化其電化學性能提供了機會，并使器件同時具有較高的能量密度和功率密度。文中著重對電化學電容器中能量和功率密度的提高方法進行了說明。

張校剛

文獻鏈接：Jie Wang, Shengyang Dong, Bing Ding, Ya Wang, Xiaodong Hao, Hui Dou, Yongyao Xia, Xiaogang Zhang. Pseudocapacitive materials for electrochemical capacitors: from rational synthesis to capacitance optimization（Natl.Sci.Rev.，2017，DOI:10.1093/nsr/nww072）

9. 綜述：廉價氧化還原液流電池在大規模儲能中的應用進展及發展方向

與鋰離子電池相比，氧化還原液流電池在持續時間長以及大規模儲能中的應用吸引了研究者廣泛的關注。

最近，來自美國西北太平洋國家實驗室的劉俊研究員和Li Bin發表綜述，著重討論了儲能中最重要的挑戰在目前和未來的發展方向，即降低氧化還原液流電池系統的成本。發展結合低成本材料的水系統和高度可溶的化學物質被提到了優先位置。高度水溶性的無機氧化還原對于發展能夠提供高能量密度和低儲能成本的技術是十分重要的。在水體系和非水體系中對其分子進行理性設計和精確調控也極具潛力。同時，一些新概念的出現也會淡化傳統電池于氧化還原液流電池間的界限，此外，隔膜以及電極表面副反應的控制也是十分必要的。

劉俊

Li Bin?

文獻鏈接：Bin Li， Jun Liu. Progress and directions in low-cost redox-flow batteries for large-scale energy storage（Natl.Sci.Rev.，2017，DOI:10.1093/nsr/nww098）

10. 采訪：陳立泉：固體金屬鋰離子電池研究中的四十年

鋰離子電池由索尼公司在1991年首先商業化生產，并廣泛應用于便攜式電子器件、電動汽車和電網中。盡管鋰離子電池取得了現象級的成功并成為了現代生活中不可或缺的一部分，但是其卻落后于電子技術的快速進步。固體金屬鋰離子電池（SMLBs）就是其中具有更高能量密度的代表之一。陳立泉首次在中國開創了對于SMLBs的研究，并開展了固體離子學的相關基礎研究。本文就是對陳立泉院士進行的采訪，回顧了陳院士在固體鋰離子電池和鋰離子電池中40年的研究工作，并對SMLBs的復興及未來發展進行了討論。

陳立泉

文獻鏈接：Hong Li.?Forty years of research on solid metallic lithium batteries: an interview with Liquan Chen（Natl.Sci.Rev.，2017，DOI:10.1093/nsr/nww092）

材料牛編輯整理。