溫馨提示：本次週報包含20篇文獻，預計閱讀時間20 min，大家挑感興趣的關注。
1.Science: 金屬鹵化物鈣鈦礦太陽能電池中陷阱態的空間和能量分佈研究
研究者報告了金屬鹵化物鈣鈦礦單晶和多晶太陽能電池中陷阱態的空間和能量分佈。單晶中陷阱密度變化5個數量級，最低為2×1011/立方厘米，大部分深陷阱位於晶體表面。所有深度多的晶薄膜界面的電荷陷阱密度是一到兩個數量級比薄膜內部大，薄膜內部陷阱密度是兩到三個數量級大於高質量的單晶。令人驚訝的是，表面鈍化後，大多數深陷阱出現在鈣鈦礦和空穴輸運層的界面附近，那裡有大量的納米晶體嵌入，限制了太陽能電池的效率。
原文鏈接：https://science.sciencemag.org/content/367/6484/1352
2. Adv. Mater.: 一種藍色光敏劑，通過電解液的顏色調節來實現高效穩定的綠色太陽能電池
半透明染料敏化太陽能電池(DSCs)是一種非常具有吸引力的視覺享受和色彩豐富的透明光伏電池。綠色半透明的DSCs已經被提出，但最好的是依靠綠色鋅卟啉光敏劑和高揮發性電解質。對於潛在的戶外應用，使用離子液體電解質的鋅卟啉DSCs即使使用不透明的介孔TiO2薄膜，也只能達到6.3%的功率轉換效率(PCE)。在此，
新的綠色DSCs通過使用藍色有機光敏劑和橙色離子液體電解質實現，為光伏的顏色調整提供了一個簡單而有效的途徑。新方法通過調節染料敏化的TiO2薄膜和電解質層的光吸收，可以廣泛地調節顏色，從春綠色到青色。具有春綠至青色的新型半透性DSCs具有6.7%至8.1%的PCE，在80°C的加速老化試驗中表現出1000 h的穩定性，優於鋅卟啉DSCs。這一發現為實現高效穩定的彩色太陽能電池開闢了一條新的道路。
原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202000193
3. Joule:水下太陽能電池的效率限制
由於缺乏持久的動力來源，水下航行器和自主系統的運行目前受到限制。這些系統有可能使用水下太陽能電池供電，但實現其全部潛能所需的材料還不清楚。通過詳細的平衡計算，研究者發現水下太陽能電池在保持功率密度>5 mW cm−2的情況下，在淺水的效率可以達到55%，在深水的效率可以達到65%以上。 結果表明，在淺水和深水之間，太陽能電池的最佳帶隙移動0.6 eV，在中等深度的高原移動2.1 eV，與地理位置無關。這種寬範圍的最佳帶隙能量開啟了一個寬帶隙半導體庫用於高效水下太陽能電池的潛力。在給定的條件下使用，我們的結果提供了一個路線圖，為正確選擇水下太陽能電池材料。
原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2542435120300830
4. ACS Energy Lett.: 通過接觸工程和氣淬工藝改善低帶隙錫鉛鈣鈦礦太陽能電池
低禁帶ABX3鈣鈦礦的光電轉換效率達到了>20%，但由於普遍使用酸性PEDOT:PSS空穴傳輸層和含甲基銨(MA)的A-site陽離子組合物，通常穩定性較差。在這裡，研究者開發了一種氣體淬火工藝代替傳統的抗溶劑，生長高質量的無ma錫/鉛鈣鈦礦薄膜，這提供了改進的控制薄膜生長和消除褶皺的方法。在以PTAA代替PEDOT:PSS作為空穴傳輸層的設備結構中使用此方法，器件在0.06 cm2時的效率可達20%mppt，在1 cm2有效面積時的效率可達17.5%mppt。通過這些改進，該設備具有熱穩定性的特點，在85°C的溫度下，4000小時後仍能保持80%的初始功率。
原文鏈接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.0c00255
5. Adv. Funct. Mater.: 在穩定的鋅金屬陽極上形成一個功能強大且均勻多孔的高嶺土層
鋅金屬由於其高的比容量、丰度和安全性，被認為是可再充電的水性鋅基電池的最佳陽極選擇之一。然而，枝晶和腐蝕問題仍然是該系統的一個挑戰。在此，提出了用高嶺土包覆鋅陽極(KL-Zn)的篩元函數(Zn2+的選擇性通道)和均勻的孔徑分佈(≈3.0 nm)來緩解這些問題。基於人工鋅金屬/電解質界面，KL-Zn陽極不僅能保證無枝晶沉積和長時間穩定性(800小時在1.1 mA h cm−2的條件下)，而且還能延緩副反應。因此，經過600次0.5 a g−1的循環後，KL‐Zn/MnO2電池可以提供高的比容量和良好的容量保持能力，以及相當好的保存形態(KL‐Zn)。這項工作為高性能可充電鋅基電池系統的發展提供了重要的一步。
原文鏈接：
https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202000599
6. Nat.Energy：分離電解質得到高能可充電水系鋅錳電池
水系電池具有高安全性，但是它們通常遭受低電壓和低能量密度的困擾，從而限制了其在大規模存儲中的應用。在這裡，研究者提出了一種電解質分離策略，通過同時啟用Zn和MnO2電極的最佳氧化還原化學作用來最大化Zn-MnO2電池的全部電勢。 分離後的Zn-MnO2電池的開路電壓為2.83 V（與常規Zn-MnO2電池的典型電壓1.5 V相比），在深度循環200 h後，其可循環性只有2％的容量下降。受益於MnO2的充分利用，Zn-MnO2電池還能夠在各種放電電流密度下保持約100％的容量。我們還演示了將Zn-MnO2電池與風力和光伏混合發電系統集成的可行性。事實證明，這種電解質分離策略適用於其他高性能鋅基水系電池，例如Zn-Cu和Zn-Ag電池。
原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41560-020-0584-y
7. Angew.Chem. Int. Ed.：水系導電氧化還原聚合物質子電池，可承受0℃以下快速恆壓充電
基於水系電解質中運行的有機電極為使用傳統電極材料難以運行的電池提供了新的方法和技術。在這裡，研究者報告了具有萘醌或對苯二酚氧化還原活性側基的基於噻吩的三聚體結構如何在溶液中進行處理，沉積，乾燥並隨後聚合形成導電（氧化還原）聚合物層而無需任何添加劑。這種沉積後聚合的方式可有效利用材料，提供高質量負載（最高10 mg / cm 2），並在選擇基材和塗覆方法時具有良好的靈活性。通過將這些材料用作酸性含水電解質中的負極和正極，可以製造搖椅式質子電池。該電池表現出良好的循環穩定性（500次循環後達到初始值的85％），可承受快速充電，並在100秒內達到滿電量（60 mAh g-1），可與光伏直接集成，並且即使在-24°C時仍保持其良好特性。
原文鏈接：https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202001191
8. Adv.Mater. ：用於固態鋰金屬電池的柔性陶瓷/聚合物混合固態電解質
陶瓷/聚合物混合固態電解質（HSE）吸引了全世界的目光，因為它們可以通過結合陶瓷電解質（CE）和固態聚合物電解質（SPE）的優點克服缺陷。但是，CE和SPE在HSE中的界面兼容性在很大程度上限制了它們的全部功能。在此，通過原位偶聯反應制備柔性陶瓷/聚合物HSE。陶瓷和聚合物通過牢固的化學鍵緊密結合，從而解決了界面相容性問題，並且離子可以快速傳輸。所製備的膜在室溫下的離子電導率為9.83×10−4 S cm-1，並且Li+遷移數為0.68。這種原位偶聯反應方法提供瞭解決界面相容性問題的有效方法。
原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202000399
9. Nat.Commun.：具有出色機械強度的分級多孔硅結構，可作為高性能鋰離子電池負極
多孔硅結構被認為是克服硅基負極粉化的有效途徑。然而，這些多孔顆粒較差的機械強度限制了它們在實際應用中的體積能量密度。在這裡，設計併合成了具有高孔隙率和超高機械強度（> 200 MPa）且在完全鋰化時具有約40％的低表觀顆粒膨脹的分層碳納米管@硅@碳微球 。碳納米管@硅@碳石墨複合電極的實際負載（3mAh cm-2）可提供約750 mAh g-1的比容量，在100％充電狀態下初始溶脹小於20％，並且大約在500個循環中保持92％的初始容量。壓延電極在120個循環後達到大約980 mAh cm-3的體積容量密度，並且壽命終止溶脹率<50％。具有LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2正極的全電池在500個循環中顯示出大於92％的容量保持率。這項工作是硅負極開發的一項飛躍，它為其他電池的電極材料設計提供了寶貴見解。
原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-020-15217-9
10. Joule：減輕鋰離子電池的熱失控
本文總結了鋰離子電池熱失控的緩解策略。這些緩解策略分別在材料級別，電池級別和系統級別起作用。提出了時序圖研究了熱失控機理，時間序列圖中的狀態轉換清楚地解釋了熱失控測試中各種觀測的潛在機制。基於對熱失控機制的理解，提出了有效的緩解策略。以解釋電池水平和系統水平的機理。在電池級別，時間序列圖有助於闡明熱失控與火災之間的關係。為了全面保護鋰離子電池，還總結了可能引起熱失控的濫用條件。該觀點為確保將來用於電能存儲應用的鋰離子電池的安全性提供了方向。
原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S254243512030088X
11. Chem：鈣鈦礦溶液老化：發生了什麼，如何抑制？
鈣鈦礦型太陽能電池（PSCs）中鈣鈦礦薄膜的研究主要集中在其晶化和生長方面，但在前驅體溶液中發生的反應還不十分清楚，導致高效器件的重複性差。結果表明，在甲基銨和甲脒混合的有機陽離子鈣鈦礦溶液中，甲胺分子首先由碘化甲銨的脫質子反應生成，然後與碘化甲脒縮合形成碘化N-甲基甲脒和碘化N，N′-二甲基甲脒。以硼酸三乙酯為穩定劑，抑制了前驅體溶液中碘甲基銨的脫質子，消除了鈣鈦礦薄膜中的雜質相。本文認為，在鈣鈦礦前驅體溶液中引入穩定劑將成為未來混合有機陽離子PSCs提高重現性和效率的常用策略。
原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S245192942030084X
12. Matter：超薄RuRh合金納米片實現高性能鋰-CO2電池
高能量密度的非質子型Li-CO2電池是一種極具潛力的儲能技術。然而，其發展在很大程度上受到了CO2還原和析出反應動力學緩慢的阻礙。在這裡，本文展示了一類超薄三角形RuRh合金納米片作為一種高活性的催化劑，可以大大加速CO2還原和析出反應的動力學，並實現高性能的Li-CO2電池。 RuRh合金納米片基電池在充放電過程中可以達到1.35v的最低電壓間隙，並在1000mA g-1下穩定循環180次後截止容量為1000mAh g-1。密度泛函理論計算表明，Rh在RuRh合金納米片中的引入起到了關鍵作用，明顯激活了Ru表面的電子轉移能力，平衡了Ru附近的CO2結合。本文發現，Rh和Ru之間的d-d相關性有助於Li-CO2電池的能量循環。
原文鏈接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2590238520300825
13. ACS Energy Lett.：利用Cryo-FIB/SEM實現能量器件中完整固液界面和反應材料的納米元素映射
許多現代能源設備的運行和性能依賴於固液界面、高反應性材料或兩者兼而有之。這種材料表徵的困難意味著這些器件通常在未改變的狀態下缺乏高分辨率表徵。室溫FIB/SEM通常能夠對固體器件進行納米級表面和橫截面成像的光譜表徵，但僅限於乾燥樣品和非反應材料。在這裡，本文演示了低溫樣品製備和傳輸如何通過在製備和表徵的所有階段保持其完整性過程中，將FIB/SEM的能力擴展到固液界面和能源裝置常見的反應材料。 此外，研究者還展示了cryo-FIB/SEM與能量色散X射線光譜學的結合如何實現這些材料中產生的橫截面的納米級元素映射，並討論了實現最佳結果的策略。最後，我們考慮了該技術目前的侷限性，並提出了未來的發展方向，以增強其表徵能源材料和器件的能力。結果表明，cryo-FIB/SEM技術對於固液界面或反應性材料起著重要作用，但迄今為止還不能獲得高分辨率的表徵。
原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.0c00202
14. Adv. Funct. Mater.：黑磷：黑磷碳納米管雜化材料的三維化學交聯結構及其在鋰離子電池中的應用
高工作電壓、高能量密度和良好循環性能的可充電鋰離子電池因其作為便攜式電源和電氣應用的潛力而受到越來越多的關注。然而，活性物質在重複循環條件下體積膨脹導致導電性變差，降低了器件的性能，阻礙了其實際應用。黑磷（BP）作為一種新興的二維材料，由於其理論容量為2596mA·h·g-1以及能吸收大量的鋰原子，在鋰離子電池儲能領域受到了廣泛的關注。
本文介紹了一種獨特的三維導電結構，它由BP和碳納米管（CNTs）構成，具有良好的穩定性和較高的導電性，可用於製備BP@CNTs混合型鋰離子電池。BP@CNTs雜化電極具有捕獲能力強、親和性好、結構穩定、對多聚磷吸附能力強等優點，具有容量大、導電性好、循環壽命穩定等優點。此外，鋰離子電池還可以照亮發光二極管，證明這種材料在儲能器件的發展方面具有巨大的潛力。
原文鏈接：https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202070074
15. Adv. Funct. Mater.：自上而下合成新型鈉離子電池含硫炭陽極材料
本文報道了鈉離子電池中作為陽極材料具有特殊活性的含硫碳質陽極材料（CS）的製備。為此，介紹了一種對硫含量和功能進行精確控制的自上而下合成CS材料的方法。新的合成路線結合了詳細的結構分析和電化學研究，提供了i）硫含量和化學物種之間的關聯，ii）相關材料的結構、電子和電化學性能。因此，新的CS物質表現出作為鈉離子電池負極材料的優異活性，在電流密度為0.1A g-1時達到500 mAh g-1以上的容量值，以及高可逆鈉儲存能力和優異的循環耐久性。研究結果揭示了含碳材料的基本工作原理，揭示了這些新型鈉離子電池負極材料中鈉離子的儲存機理，為其實際應用提供了新的途徑。
原文鏈接：https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202000592
16. Angew. Chem. Int. Ed.: 一種用於高性能全固態鋰氧電池的多孔性可調的塑性晶體電解質
固態陰極（SSCs）中有限的三相邊界（TPBs）和固態電解質（SEs）施加的高電阻使得高性能全固態鋰氧（ASS Li-O 2）電池充滿了荊棘。本文通過採用熱致相分離（TIPS）技術，成功地製造了孔隙率可調節的塑性晶體電解質（PCE）。精心設計的固態繼電器通過在活性材料表面引入多孔的PCE，可促進Li +/e-的同時轉移，並確保O2快速流動，形成連續而豐富的TPB。緻密PCE的高Li+電導率，柔軟性和附著力可將電池電阻降至115 Ω。因此，基於這種孔隙率可調的PCE的ASS Li-O2電池具有卓越的性能，例如其具有較高的比容量（5963mAh/g）、良好的倍率性能以及在32 ℃下高達130次的穩定循環壽命。這種新穎的設計和令人興奮的結果可能會為ASS Li-O2電池開闢新的途徑。
原文鏈接：
https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202002309
17. Matter：通過褶皺的金-碳納米管“森林”製成的耐用、高性能的可拉伸超級電容器電極
基於垂直排列的納米管或納米線的可拉伸超級電容器由於其在大的和重複的變形下的耐用性和電化學性能而得到了極大的關注。研究者們展示了一種基於皺褶鍍金碳納米管森林（Au-CNT-forest）的耐用高性能可伸展電極。實驗測量表明，Au-CNT電極的電阻比純CNT-forest電極的電阻低約一個數量級。在不同應變條件下（即從0%到800%的面積應變），雙軸壓皺的Au-CNT-forest電極在不同的充電/放電速率下表現出幾乎相同的電化學性能。 在大應變下，所製備的對稱超級電容器在40 mA cm-2的電流密度下顯示出約6 mF cm-2的最大比電容，表現出卓越的機械和電化學穩定性。該研究提出了一種基於垂直排列的納米管或納米線來製造高度可拉伸的超級電容器的簡便方法，以獲得出色而強大的電化學性能。
原文鏈接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2590238520301132
18. ACS Energy Lett.：消除硫化物基固態電池中導電劑的有害影響
基於硫化物的固態電解質（SSEs）被認為是實現高性能全固態鋰離子電池（ASSLIBs）的關鍵。但是，陰極複合材料中導電助劑和硫化物基SSEs之間的不兼容性對穩定的高速率能力的傳輸提出了挑戰。研究者們設計了一種聚（3,4-乙撐二氧噻吩）（PEDOT）改性材料作為陰極複合材料（陰極/ SSE /碳）的半導體添加劑，以實現高性能。改進的ASSLIB在1C時具有超過100 mAh g-1的競爭速率容量，比未改性的陰極高10倍。 陰極界面的詳細表面化學和結構演變表明，PEDOT修飾不僅顯著抑制了副反應，而且在陰極/SSE/碳三相界面上實現了有效的電子轉移。該項研究為陰極複合材料引入可控的半導體添加劑提供了一種有前途的設計，以實現導電添加劑的高速率性能並克服其在硫化物基助劑中的長期應用挑戰。
原文鏈接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.0c00256
SnSx（x = 1，2）化合物由地球上豐富的元素組成，是無毒且低成本的材料，由於其在電池中的巨大潛力，近年來作為能源材料受到越來越多的關注。SnSx材料具有獨特的二維層狀結構和半導體特性，具有出色的化學穩定性、較高的理論容量和可逆性。SnSx化合物作為一種通過合金化/脫合金反應儲存不同鹼金屬離子的基體材料，在電池中具有廣闊的電化學應用前景。
該文討論了SnSx材料的結構特性及其作為電極材料的優點。此外，重點介紹了SnSx材料在鋰離子電池、鈉離子電池和其他新型可充電電池中的各種合成方法和應用的詳細說明。最後，基於現有的學術知識，包括最新的科學進展，討論了有關SnSx化合物未來研究的挑戰和機遇。
原文鏈接：
https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202001298
20. Adv.Funct. Mater.：高耐久性鋰電池柔性導電支架的通用電極設計
阻礙開發高效鋰硫（Li–S）電池的主要障礙是硫陰極中的多硫化物穿梭效應和陽極中枝晶鋰的不可控制的生長。該文報道了一種可同時用於硫陰極和鋰金屬陽極的通用柔性電極，並展示了其在可穿戴和便攜式存儲電子設備中的應用。柔性電極由具有多個Co/Ni-N活性位點（CoNi @PNCFs）的雙金屬CoNi納米粒子嵌入式多孔導電支架組成。實驗和理論分析均表明，當用作陰極時，植入多孔CoNi@PNCFs上的CoNi和Co/Ni-N活性位點可顯著促進化學固定化為可溶性多硫化鋰，並將其快速轉化為不溶性Li2S，因此有效減輕多硫化物的穿梭效應。此外，由多孔碳質骨架和多個活性中心構成的3D基質成功誘導了均勻的鋰生長，從而實現了無枝晶的鋰金屬陽極。由S/CoNi @ PNCFs陰極和Li/CoNi@PNCFs陽極組裝而成的鋰硫電池在785C g-1時具有較高的可逆比容量，在5C下具有長循環性能（1500次循環時容量衰減率為0.016％）。
原文鏈接：https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202000613
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