钠离子电池及锂硫电池最新研究进展汇总

1. Angew. Chem. Int. Ed.：非质子的钠-氧气电池循环中的单线态氧

非质子的钠-氧气电池在循环中需要超氧化钠(NaO2)可逆的形成/溶解。与附带化学有关的较差循环寿命应归因于电解质和电极与NaO2(强亲核试剂和碱)的反应。然而，其反应性不能同时解释副反应和不可逆性。近日，奥地利格拉茨技术大学Stefan A. Freunberger博士(通讯作者)等证实单线态氧(1O2)在循环的所有阶段均有形成，是附带化学主要的推动力。通过捕获剂与1O2迅速选择性形成稳定的加合物进行原位或非原位的检测。1O2形成包括放电过程中由质子介导的超氧化物歧化、暂停、低于3.3 V充电和约3.3 V直接电化学产生1O2。高容量需要的痕量水也是附带化学的驱动力。因此控制高活性单线态氧是高度可逆电池操作的关键。

2. Angew. Chem. Int. Ed.：超高容量的室温钠离子电池有机硫代羧酸盐电极

有机电池电极因其具有低成本、无重金属和易调结构等优势，有望替代传统金属氧化物电极材料，将羧酸盐和羰基化合物作为有机室温钠电池电极已得到了广泛的研究。西安交通大学杜亚平教授和何刚教授(共同通讯作者)等首次将对苯二甲酸钠中羧基的氧原子逐步替换为硫原子后作为钠离子电池电极，可改善电子离域、导电性和钠的吸收能力。上述基于分子工程的通用策略极大地增强了具有相同碳骨架有机电极的比容量。将两个硫原子引入羧酸盐骨架后，50 mA·g-1电流密度下分子固体可逆容量达到466 mAh·g-1。引入四个硫原子后，50 mA·g-1的电流密度下容量增加到567 mAh·g-1，是目前为止有机钠离子电池阳极的最高容量。

3. Nano Energy：SnF2@C纳米复合材料作为高容量钠离子电池阳极材料的反应机理探究

作为一种具有极高的理论储能容量的可充电电池阳极，锡基材料吸引了众多研究人员的关注。韩国科学技术研究院Kyung Yoon Chung教授(通讯作者)等制备了一种基于SnF2和乙炔黑的纳米复合材料，并将其作为高性能钠离子电池阳极材料，研究了其电化学性能以及相关的储能机理。相比微米尺寸纯SnF2电极的可逆容量(323 mAh·g-1)，纳米复合材料电极的可逆容量(563 mAh·g-1)大大提高。纳米复合材料电极显示出优越的倍率性能，在1 C的高电流密度下可逆容量可达到191 mAh·g-1，而纯电极容量较低。使用原位XRD观察晶体结构的变化，结果显示在充/放电过程中存在着两种或两种以上物质的固溶体。

4. Nano Energy：原位电镜观察碳纳米管集电器上电化学钠电镀/退镀机理

利用金属钠作为高能量密度钠电池系统的最终阳极具有广阔的前景。最近，有关用于循环中无枝晶钠沉积的纳米三维电流收集器的合理设计取得了一定进展。然而，在上述主体中钠成核和生长的行为等关键信息仍是未解之谜。近日，厦门大学王鸣生教授(通讯作者)等使用无定型碳纳米纤维(CNF)作为集电器，通过原位电子显微镜首次在纳米尺度下对钠电镀/退镀的动力学进行观察。使用固态电解质，作者发现金属钠以纳/微粒的形式在单一CNFs周围所有可能的区域(甚至在其网络)可逆的生长和溶解。值得注意的是，实验证实了纤维内的钠离子运输，使得更多钠均匀的沉积于网络内部而没有接触电解液；这是无枝晶钠电镀的关键，尤其是在全固态钠电池。此外，结合精巧的原位实验设计，CNF相比石墨化碳表现出更优越的钠容量。