溫馨提示：本推文包含21篇文獻，預計閱讀時間約21min，大家挑感興趣的關注。p.s.文末會附有過去三週週報鏈接。
1. Angew. Chem. Int. Ed.：高性能Li-S電池非晶態MoS3納米盒增強了多硫化物的錨固和催化轉化
鋰硫電池導電性差、氧化還原動力學緩慢、梭形效應嚴重、體積變化大、硫電極的面積負荷低，阻礙了鋰硫電池的實際應用。為了克服硫電極的這些主要瓶頸，本文精心設計了具有空心多孔結構的非晶N摻雜碳/MoS3（NC/MoS3）納米盒作為先進的硫載體。受益於N摻雜碳增強的電導率，不飽和Mo與多硫化鋰之間強烈的化學相互作用降低了穿梭效應，MoS3的催化作用改善了氧化還原反應動力學，柔性非晶態中空多孔結構能容納有較大的體積變化和高硫負載，非晶態NC/MoS3納米盒能夠使硫電極具有較高的面容量以及出色的倍率能力和良好的循環穩定性。此外，所提出的合成策略可以推廣到製造其他非晶態金屬硫化物納米盒，它們有望在能量存儲和轉換領域顯示出有希望的應用。
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https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202004914
2. Joule：烷基銨過渡層對高效反向鈣鈦礦型太陽能電池缺陷和界面的調製
p-i-n結構的鈣鈦礦太陽能電池（PVSCs）由於其低溫可加工性，在柔性光伏和全鈣鈦礦或硅鈣鈦礦多結太陽能電池中具有巨大的應用潛力。然而，p-i-n結構PVSCs的最高效率受到非理想界面複合和電荷提取損耗的影響。為了應對這些挑戰，
本文采用了一個大的烷基銨層間層（LAI）來減少傳輸層和鈣鈦礦之間的能量損失。與報道的底部或頂部表面鈍化策略相比，LAIs的使用可以同時抑制鈣鈦礦頂部和底部界面的非輻射能量損失。結果，降低的表面複合速度（SRV）和陷阱態密度（Nt）使得光學帶隙（Eg）為1.59ev的PVSCs的光電壓從1.12V提高到1.21V，導致冠最高功率轉換效率（PCE）超過22%。
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https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2542435120301392
3. Adv. Funct. Mater.：具有氟和氯取代作用的不對稱受體促使有機太陽能電池效率達到16.83％
基於小分子受體（SMAs）的有機太陽能電池（OSCs）在實現高功率轉換效率（PCEs）方面顯示出巨大的潛力。同時，通過調節能級分佈和形貌發展非對稱SMAs來改善光伏發電性能也引起了人們的廣泛關注。
本文在高性能形狀記憶合金（Y6）的基礎上，用氯原子取代端基上的氟原子，得到了三種不對稱形狀記憶合金，即SY1（兩個F原子和一個Cl原子）、SY2（兩個F原子和兩個Cl原子）和SY3（三個Cl原子）。合成了Y6（四個F原子）和Y6-4Cl（四個Cl原子）作為控制分子。結果表明，在這5個受體中，SY1分子軌道能級最低，分子堆積最好。因此，基於PM6:SY1的OSCs在開路電壓（VOC）為0.871V，填充因子（FF）為0.760的情況下，產生了16.83%的最高PCE，這是五種器件中最好的結果。基於PM6:SY1的器件的最高FF主要歸因於最平衡的電荷傳輸和最佳的形貌。這一貢獻為通過不對稱分子設計方法進一步改善OSCs的PCEs提供了更深入的理解。
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https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202000456
4. Adv. Funct. Mater.：局部Ostwald熟化機理誘導溶解/再生成中國古代硬幣形狀的VO2納米板，增強鋅離子存儲的物質傳輸能力
電極與電解質之間界面處的電荷和質量傳遞對於水性可充電鋅離子電池（ZIBs）中的能量轉換和存儲至關重要。為了解決這些問題，以合理的方式進行合理的設計和製備具有增強物質傳遞的獨特納米結構仍面臨巨大挑戰。本文成功製備了高度新穎，圓形且具有新型中國古代硬幣結構（厚度約為50 nm，直徑約為500 nm，中間有孔）的新納蘇石型二氧化釩（VO2）納米板。在熱液過程中，VO2納米板經歷了有趣的奧斯特瓦爾德（Ostwald）熟化誘導下的溶解-再生過程，從而形成了不尋常的古代中國錢幣結構。令人印象深刻的是，基於豐富的電解質接觸位點和傳遞途徑的結構優點，可以在已製備的基於VO2納米板的電極表面增強傳質。VO2納米板進一步為可充電ZIB提供了高可逆的比容量和速率能力。因此，這項工作為設計獨特的納米結構釩氧化物增強水性ZIBs的電化學性能提供了新途徑。
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https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202000472
5. Adv. Funct. Mater.：高效集成鈣鈦礦/有機體異質結太陽能電池：減少電荷載流子複合損失的界面能
鈣鈦礦/有機整體異質結（BHJ）集成太陽能電池有可能通過在鈣鈦礦吸收劑頂部簡單地一步沉積有機BHJ共混光敏層來提高鈣鈦礦太陽能電池的效率。發現與僅鈣鈦礦型器件相比，倒置結構集成太陽能電池由於有機BHJ層的互補吸收顯示出明顯的短路電流（Jsc）的增加。但是，由於填充因子的損失，Jsc的這種增加並未直接導致設備功率轉換效率的增加。在此，研究這種效率損失的根源。發現鈣鈦礦/有機BHJ界面處存在明顯的能量屏障（≈250meV）。該界面阻擋層阻止了光生電荷載流子（空穴）從BHJ層到鈣鈦礦層的有效傳輸，導致電荷在鈣鈦礦/BHJ界面處積累。這種積累引起電荷載流子的不合需要的重組，通過填充因子的損失降低了光敏層的表面光電壓和器件效率。本文結果突顯了界面能學在此類集成電池中的關鍵作用，為高性能電池所需的光敏材料（鈣鈦礦和有機半導體）提供了有用的指導。
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https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202001482
6. Adv. Funct. Mater.：無摻雜，非晶態結晶異相SnO2電子傳輸雙層在三重陽離子鈣鈦礦太陽能電池中實現>20％的效率
改善電子傳輸層（ETL）和鈣鈦礦薄膜之間的歐姆接觸和界面形態是提高平面鈣鈦礦太陽能電池（PSC）效率的關鍵。在當前工作中，通過低溫固溶工藝製備了非晶-結晶異相氧化錫雙層（Bi-SnO2）ETL。與非晶態SnO2溶膠-凝膠膜（SG‐SnO2）或結晶SnO2納米顆粒（NP‐SnO2）相比，異相Bi‐SnO2ETL的表面形態有所改善，氧缺陷明顯減少，鈣鈦礦的能帶排列性更好而不犧牲光學透射率。基於Bi‐SnO2ETL的PSC設備（有效面積≈0.09 cm2）無磁滯現象，並實現了約20.39％的出色功率轉換效率，這是基於綠色反溶劑上SnO2三重陽離子鈣鈦礦體系報道的最高效率之一。更具吸引力的是，基於Bi-SnO2 ETL的大面積PSC（有效面積約3.55 cm2）在滯後作用可忽略的情況下也能實現約14.93％的極高效率。研究發現基於Bi-SnO2的PSC器件性能的提高主要來自於改善了歐姆接觸並抑制了ETL /鈣鈦礦界面處的雙分子重組。Bi-SnO2的量身定製的形態和能帶結構可規模化製造高效無滯後的PSC。
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https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202001559
7. ACS Energy Lett.：自調節的氧化還原液流電池：通過調節固有存在的氧化還原穿梭介導提高基於硫族化物的氧化還原液流電池的容量
本文提出並演示了一種自調節氧化還原液流電池的概念，該電池採用固有的氧化還原穿梭物來接觸存儲在固體電極材料中的電荷而不會循環固體。可溶物和固有存在的多硫化物促使電池和溶液罐中電子混亂，而沒有循環硫/硒顆粒。該策略保證了由固體材料提供的高能量密度，而無需循環固體或使用外部氧化還原介體，直接解決了“半固體”和“靶向氧化還原”方法所面臨的最關鍵問題。完全的電化學反應是通過固有存在的多硫族化物的電化學、互補和歧化反應的組合完成的，而無需循環固體。實現了高的材料利用率（≤99％）和高的容量（1096-1268 Ah L-1陰極液）。
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https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.0c00611
8. ACS Energy Lett.：沒食子酸的顆粒表面保護實現高度穩定的錫基鈣鈦礦太陽能電池
維持鹵化錫鈣鈦礦的穩定性是開發無鉛鈣鈦礦太陽能電池（PSC）的主要挑戰。在前體溶液中添加額外的SnX2（X = F，Cl，Br）以抑制Sn2+氧化是提高器件效率和穩定性的重要策略。然而，鈣鈦礦晶粒表面上的SnX2往往會阻止電荷跨過鈣鈦礦膜。在這裡，
本文報告了一種將抗氧化劑沒食子酸（GA）與SnCl2一起引入來改善錫基PSC的性能的共添加方法。SnCl2-GA複合物不僅可以保護鈣鈦礦晶粒，而且還可以更有效地在其上傳導電子，從而獲得高度穩定和高效的PSC。未封裝的器件在環境溼度為20％的環境空中存儲1000小時後，可以保持~80％的初始效率，這是迄今為止錫基PSC中可獲得的最佳空氣穩定性。
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https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.0c00526
9. Angew.Chem. Int. Ed.：高能水系電池面臨的挑戰與對策
水系充電電池對可再生能源的發展變得越來越重要，因為它們有望滿足特定應用的成本效益，能源和電力需求。在過去的十年中，已經致力於改善電極材料及其與高濃度水系電解質的組合使用。
本文重點介紹了使用此類電解質來構建可有效存儲電能的水系電池系統的最新突破性進展，即可提高能量密度，可循環性和安全性。這篇綜述旨在及時總結迄今為止提出的克服現有限制使用高濃度電解質的水系電池技術的障礙的策略。重點放在用於鋰和非鋰化學反應的水系電池上，這歸因於高濃度電解質的獨特優勢，其能量密度可能得到改善。
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https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202004433
10. Angew.Chem. Int. Ed.：穩定的超晶格層狀氧化物鈉離子正極材料
鈉離子電池在大規模儲能應用中有很高的需求。儘管作為最普遍的正極，但層狀氧化物仍具有明顯的不良特性，例如充放電曲線中的多個平臺，以及在鈉離子插入和提取的重複循環過程中陽離子遷移，這會導致動力學緩慢，容量損失，以及結構惡化。
在這裡，提出了一種新的策略，即對層狀氧化物中過渡金屬的有序化進行處理，以顯示長時間的充放電平穩期和無陽離子遷移的結構演變。結果表明，採用蜂窩型超晶格的過渡金屬有序化可以通過改變晶體應變來調節晶格並抑制陽離子遷移，從而實現大的可逆容量和出色的循環性能，這不是通常使用的普通層狀氧化物結構的特徵。這些發現可以提供新的見解，可用於改進用於二次離子電池的高性能電極材料的設計。
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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201907936
11. Joule：石墨基底的混合鋰離子/鋰金屬電池
本文提出了一種混合負極電池設計，其中包括在石墨頂部的鋰金屬鍍層，與傳統的鋰離子電池相比，其能量密度提高了20％。 在不到15個循環內，混合石墨-鋰金屬負極與常規電解質的袋式電池的容量就降至80％以下。但是，通過使用雙鹽電解質和針對鋰金屬循環進行優化的施加機械壓力下，混合電池在經歷150個完整循環（100％利用率）之前容量保持率在80％以上，而在石墨上電鍍鋰金屬的庫倫效率為99.6％。研究者還發現，具有鋰金屬混合負極的間歇性循環高能（100％利用率）電池可以分散在數百個常規的僅使用石墨負極的鋰離子電池循環中。用這種間歇方案操作電池對石墨容量的影響最小。因此，這些混合電池可以在“鋰離子模式”下良好運行，並且週期性的高能量循環會達到鋰金屬的容量。
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https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2542435120301720
12. Joule：碲穩定鋰沉積無陽極稀電解液鋰硫電池
為了實現可實際應用的鋰硫電池，必須穩定鋰的沉積並提高循環性能，同時減少過量的鋰和電解質。
研究者已經發現，將碲（Te）作為正極添加劑引入鋰硫電池系統中，可以通過在鋰表面上形成富碲化物和富硫化物的固體電解質中間相（SEI）來顯著改善鋰電鍍和剝離的可逆性。在貧電解液條件下，鋰存量有限的無負極全電池和大面積鋰硫袋式電池，證明了可循環性的顯著提高。碲與多硫化物反應生成可溶的聚碲硫化物，其遷移到負極側並原位形成穩定的硫代碲酸鋰和碲化鋰作為固態電解質界面組分。鋰表面上電解質分解的明顯減少也被證明。這項工作證明了碲化物是穩定鋰沉積的可行策略，並建立了一個評估框架以在有限的鋰和有限的電解質條件下保持電化學性能。
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https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2542435120301355
13. Nat.Commun.：23Na磁共振成像對鈉離子電池中電池化學的操作可視化
鈉離子電池因其成本和可持續性而成為有前途的電池技術。這已引起人們對開發新的鈉離子電池和新的分析方法的興趣，這些方法可以無損直接可視化電池化學。
在這裡，研究者報告操作1 H和23Na核磁共振波譜和成像實驗，以觀察在鈉金屬電池和鈉離子全電池配置中硬碳的沉澱和脫硫過程中，電極和電解質中鈉的形態和分佈。通過23Na核磁共振波譜和成像觀察並繪製了硬碳過沉澱後硬碳沉著的演變以及鈉枝晶的形成和演化，並通過1H磁共振成像可視化了它們的三維微觀結構。研究者還首次觀察到，在全電池配置中的首次充電時，硬碳上會形成金屬鈉。
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https://www.nature.com/articles/s41467-020-15938-x
14. Nat.Commun.：超韌性MXene功能化石墨烯片
柔性還原氧化石墨烯（rGO）片材正被考慮用於便攜式電子設備和柔性儲能系統中。但是，還原氧化石墨烯薄膜的較差的機械性能和導電性是限制此類設備開發的因素。
在這裡，研究者使用MXene納米片通過Ti-O-C共價鍵合來獲得氧化石墨烯薄片，從而獲得MrGO片。通過共軛分子（1-氨基py-二琥珀酰亞胺基辛二酸酯，AD）使MrGO片交聯。MXene納米片和AD分子的結合減少了石墨烯片內的空隙並改善了石墨烯片的排列，從而獲得了更高的緻密性和高韌性。原位拉曼光譜和分子動力學模擬揭示了Ti-O-C共價鍵，MXene納米片的滑動和π-π橋接的協同界面相互作用機理。此外，基於超韌的MXene官能化石墨烯片的超級電容器提供了高能量和高功率密度的結合，這對於柔性超級電容器而言是很高的。
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https://www.nature.com/articles/s41467-020-15991-6
15. Mater.Today：無鋰金屬鋰電池的電解液設計
具有最低負電化學勢和最高比容量（3860 mAh g-1）的鋰金屬是鋰電池的最終負極選擇。然而，對於無鋰金屬（在循環中所有鋰都來自正極，未進行負極預鋰化）電極進行大量努力後，報道的最高鋰電鍍/剝離庫侖效率99.5％仍然太低。較低的庫倫效率歸因於疏鋰的銅集流體上的鋰電鍍/剝離不均勻，以及通過碳酸鹽電解質中形成的親鋰有機-無機固體電解質中間相（SEI）引起的鋰枝晶生長。
在這裡，研究者使用親鋰的鉍石墨共混物（Bi-Gr）襯底來代替疏鋰的銅集電器，以形成均勻的鋰核，並形成富含鋰的LiF的SEI而不是有機親鋰的SEI來抑制鋰枝晶的生長。分子動力學模擬顯示，在四氫呋喃/ 2-甲基四氫呋喃（2.0μMLiPF6-mixTHF）電解質中，2.0 M LiPF6中的陰離子優先還原，從而在鍍鋰上生成富LiF的SEI。Bi-Gr襯底和2.0µMLiPF6-mixTHF電解質使鋰負極在1.0 mAh cm-2的高容量和0.5µmA cm-2的電流下達到了創紀錄的99.83％的高庫倫效率。鉍顆粒用作分散的形核中心，促進均勻的鋰沉積，並與基材具有強附著力，從而避免死鋰，而即使在3.0mAcm−2的高電流密度和高面積容量3.0 mAh cm-2下，富含鋰的LiF的SEI也會促進界面鋰的生長並抑制垂直鋰枝晶的生長。鋰成核和生長的調節使無鋰金屬負極的LiFePO4全電池能夠在大於2.0 mAh cm-2的實際面積容量下實現100個循環。該文章強調了同時進行襯底設計以改善鋰成核作用和電解質設計以促進親鋰SEI增長的益處，從而實現了一種有前景且實用的無鋰金屬鋰電池。
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https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1369702120301061
16. Science: 一種快速合成燒結大塊陶瓷的通用方法
陶瓷因其高的穩定性、機械和化學穩定性而成為廣泛應用的重要材料。基於第一性原理方法的計算預測可以成為加速材料發現、開發改進陶瓷的一個有價值的工具。實驗證明這種預測的材料特性是必要的。然而，
傳統的陶瓷燒結工藝由於加工時間長，揮發性元素損失的成分控制差，材料的篩選速度受到限制。為了克服這些限制，研究者們開發了一種在惰性氣氛下通過輻射加熱製備陶瓷材料的超快速高溫燒結（UHS）工藝。他們提供了UHS工藝的幾個示例，以證明其潛在的用途和應用，包括在固態電解質，多組分結構和高通量材料篩選方面的進步。
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https://science.sciencemag.org/content/368/6490/521
17. Nat. Commun.: X射線納米CT輔助鋰離子電池電極三維微觀結構設計與建模
電動汽車的行駛里程和快速充電能力在很大程度上取決於鋰離子電池（LIBs）的3D微觀結構，需要進行大量的基礎研究以針對優化特定操作條件下的電極設計。
在這篇文章中，研究者們開發了一種使用新型X射線納米計算機斷層掃描（CT）雙重掃描疊加技術捕獲的完整微觀結構的3D模型，該技術可以捕獲碳粘合劑域的特徵。該文闡明瞭LIBs性能如何顯著地受到微觀結構異質性的影響，特別是在高倍率條件下。活性顆粒的細長形狀和寬尺寸分佈不僅影響鋰離子的運輸，而且導致顆粒之間以及沿整個厚度方向的電流分佈不均勻和鋰化不均勻。基於這些見解，研究者們提出並比較了下一代電池電極潛在的分級微結構設計。為了指導電極體系結構的製造，原位X射線CT可以可靠地顯示出隨著壓延步驟的增加而出現的孔隙率和曲折度變化。
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https://www.nature.com/articles/s41467-020-15811-x
18. Adv. Funct. Mater.: 鈉離子電池聚陰離子型正極材料的工程化：向高能量/功率密度方向發展
Na/Na+的高氧化還原電勢和Na+離子的大半徑仍然挑戰著高能量/功率密度鈉離子電池（SIBs）的發展，因此需要進行進一步的改進，尤其是要增強陰極材料的容量和電壓。在各種類型的陰極中，聚陰離子陰極由於其出色的熱穩定性，獨特的感應效果和靈活的結構而成為最實用的選擇。
在這篇綜述中，對聚陰離子陰極的設計原理和工程策略進行了嚴格的概述，該概述對開發高能量/功率密度SIB具有重要作用。具體地，討論了用於更高電壓和提高能量密度的比容量的聚陰離子陰極材料的工程。還分析了為提高SIBs的功率密度而發展的形貌控制、結構設計和電極加工方法。最後，提出了該領域還存在的挑戰和未來的研究方向。
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https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202000473
19. Adv. Funct. Mater.：Ti2Nb10O29上離子摻雜和螺旋陣列架構的協同作用：實現高功率電極的新方法
改善電極材料的電子/離子傳輸和結構穩定性對於開發高功率鋰離子電池至關重要。儘管鈦鈮氧化物（Ti2Nb10O29，TNO）作為一種大功率陽極具有巨大的潛力，但由於其電子/離子導電性不理想，其性能仍然不佳。
在該項工作中，報道了一種將離子摻雜和螺旋陣列結構相結合以提高TNO高倍率性能的強協同策略。Cr3+摻雜的5-10 nm的TNO納米顆粒（Cr-TNO）在垂直導電的石墨烯@ TiC-C（VGTC）骨架上緊密生長，形成新型的Cr-TNO @ VGTC螺旋陣列。由於VGTC骨架的約束作用，TNO的獨特螺旋生長得以實現。同時，通過密度泛函理論計算和原位同步加速器X射線衍射技術證明，通過Cr3+摻雜，可以實現更開放的TNO晶體結構，具有更快的離子傳輸路徑和增強的結構穩定性。得益於卓越的導電網絡，增強了Cr-TNO電子/離子固有電導率和增強了結構穩定性，Cr‐TNO@ vtc陣列顯示出卓越的高功率性能，在40℃時的大容量為220 mAh g-1（功率密度≈11kW kg-1）和卓越的耐用性（500次循環後保持91％）。這項工作為構建廣泛的大功率電極以快速儲能提供了一條新途徑。
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https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202002665
20. ACS Energy Lett.: 通過磺化聚（離子液體）嵌段共聚物改性電催化劑-離聚物界面，以實現高性能聚合物電解質燃料電池
製備了僅含磺化聚(離子液體)嵌段共聚物(SPILBCP)離子的0.07 mg Pt cm-2 Pt/Vulcan電催化劑負載的聚合物電解質膜燃料電池(PEMFC)電極，並通過抑制Pt表面氧化實現了約2倍的動力學性能增強。但是，由於離聚物網絡連接性差，SPILBCP電極在30％RH時損失了超過70％的電化學活性面積。為了克服這些影響，研究者們開發了由Nafion/SPILBCP離聚物的混合物製成的電極。Nafion/SPILBCP混合電極在動力學和傳質受限區域內的MEA性能得到了顯著改善。值得注意的是，這是首次發現從MEA確定的比活度值與無Nafion的Pt/Vulcan系統的先前半電池結果相當。這些發現為改善用表面可及的電催化劑製造的MEA的整體性能提供了一種前瞻性策略，為定製局部電催化劑/離聚物界面提供了途徑。
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https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.0c00532
21. ACS Energy Lett.: 高性能鈉離子電池O3層狀金屬氧化物陰極表面相變及化學反應性的控制
O3層金屬氧化物是用於高能Na-離子電池（SIBs）的有希望的陰極材料。但是，它們的容量衰減很快。
在這裡，研究者們開發了一種用於SIBs的高性能O3-NaNi0.68Mn0.22Co0.10O2陰極，以通過先進的電解質抑制陰極表面岩鹽層的形成來實現實際應用。陰極可提供約196 mAh g–1的高比容量，並在1000次循環中顯示出大於80％的容量保持率。 NaNi0.68Mn0.22Co0.10O2-具有實際負載（> 2.5 mAh cm-2）和稀薄電解質（∼40μL）的硬碳全電池在450個循環後顯示出約82％的容量保持率。還製造了60 mAh單層袋式電池，並顯示出穩定的性能。這項工作代表了SIBs開發的重大飛躍，併為開發先進的鹼性離子電池層狀金屬氧化物陰極帶來了新的見解。
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https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.0c00700
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