【收藏】崔屹教授2021年頂刊成果一覽

01

氧化還原介質增強的全固態鋰硫電池

斯坦福大學崔屹教授在JACS上發表了題為“All-Solid-State Lithium–Sulfur Batteries Enhanced by Redox Mediators”的論文。

文章重點:

(1)透過全面評估不同RMs的氧化還原電位和溶解度發現,可溶型1,5-雙(2-(2-(2-甲氧基乙氧基)乙氧基)乙氧基)蒽-9,10-醌(AQT)在SPE中顯示出最優的氧化還原電位和可逆性;

(2)Li2S@AQT電池在Li2S的初始氧化過程中表現出最低的能壘(平均氧化電位為2。4 V),在60 °C和0。1 C下的放電容量高達1133 mAh g-1;

(3)AQT減少了極化,並提高了長迴圈穩定性和庫侖效率(150次迴圈平均CE為98。9%)

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DOI: 10。1021/jacs。1c07754

02

揭秘Ir單原子催化劑實現最佳OER效能的原因

近日,美國斯坦福大學崔屹教授,聯合美國SLAC國家加速器實驗室Michal Bajdich透過使用原位低溫光化學還原合成方法系統地調節Ir活性位點的配位,實現了最佳的水氧化催化劑(OER)。相關研究成果“Origin of enhanced water oxidation activity in an iridium singleatom anchored on NiFe oxyhydroxide catalyst”發表在PNAS期刊上。

文章重點

1、開發了一種原位低溫光化學還原方法,用於將Ir固定在NiFe羥基氧化物載體上。

2、使用原位X射線吸收光譜測量和電化學活性的計算,證明了IrNiFe SACs OER的起源,是在工作條件下NiFe氫氧化物中高度氧化的Ir單原子(Ir+5。3),可以透過系統地增加氧化狀態和調節錨定在NiFe氫氧化物層上的Ir活性位點的配位環境來實現最佳的水氧化催化劑。

03

高效能固態電池電解質的介面三維設計

近日,美國斯坦福大學崔屹教授在Adv。 Mater。上發表了題為“A Morphologically Stable Li/Electrolyte Interface for AllSolid-State Batteries Enabled by 3D-Micropatterned Garnet”的論文,報告了一種新穎的3D微圖案SSE(3D-SSE),即使在相對較高的電流密度和有限的堆疊壓力下,它也可以與鋰金屬形成穩定的Li/電解質介面。

文章重點:

首先,透過熱壓燒結制備緻密的LLZO,其斷裂面SEM影象表明其孔隙率非常低,緻密度較高。實驗結果表明,在1。0 MPa的有限壓力下,使用石榴石型3D-SSE的Li對稱電池表現出高CCD(0。7 mA cm-2),並在0。5 mAcm-2下穩定迴圈500小時。進一步進行了有限元分析,以闡明在Li/3D-SSE介面上的電化學和力學之間的競爭,這為未來無枝晶ASSBs的設計提供了指導。

DOI: 10.1002/adma.202104009

04

Nature Energy:矽負極的發展歷史及商業化前景

今年10月份,美國斯坦福大學崔屹教授在Nature Energy上發表了題為“Silicon anodes”的綜述文章,概述了矽負極的商業化進展。

文章重點

目前兩種主要的矽負極商業化方法包括:

一、採用純矽作為負極材料。採用100%矽的方法有助於利用其高容量,因此當與高能正極匹配時,有望獲得高能量密度;

二、使用具有較低Si含量的Si-C複合材料。其在能量密度方面沒有優勢,但可以提供更好的迴圈性。

05

超薄鋰負極助力軟包電池壽命延長9倍

美國斯坦福大學崔屹教授(通訊作者)等人利用一種簡便且可擴充套件的方法,基於厚度可調的氧化石墨烯(0。3~20μm)集流體,利用熔融鋰注入的方式製備了超薄(0。5~20μm),自支撐且機械效能優異的鋰金屬負極。與傳統的純鋰金屬箔相比,0。1~3。7 mAm cm-2的低面容量打破了商業化鋰箔厚度和容量的限制(20~750μm,4~150 mAh cm-2),同時該複合鋰箔的機械強度也大大提高了,其硬度提高了525%,可抵抗永久性塑性變形。相關研究成果“Free-standing ultrathin lithium metal-graphene oxide host foils with controllable thickness for lithium batteries”為題發表在Nature Energy上。

文章重點:

(1)金屬鋰在三維親鋰rGO集流體中的均勻分佈抑制了局部電流密度的不均勻性,限制了Li的不均勻剝離,提高了Li沉積/剝離的可逆性;

(2)rGO集流體的輕質和高電導率提供了主體結構,即使當鋰金屬被剝離時也是如此;

(3)Li@eGF的高機械強度抑制了迴圈過程中不均勻的電化學沉積/剝離。

06

JACS:實驗測得鋰離子溶劑化能

今年6月,斯坦福大學崔屹教授(通訊作者)等人報道了一種電位測量技術來探測電池電解質中Li+的相對溶劑化能。相關成果“Potentiometric Measurement to Probe Solvation Energy and Its Correlation to Lithium Battery Cyclability”釋出在JACS期刊上。

文章重點

1、透過測量具有對稱電極和不對稱電解質的電池中的開路電位,作者定量表徵了濃度、陰離子和溶劑對不同電解質中溶劑化能的影響。

2、建立了鋰金屬負極高效能電解質的電池電位(Ecell)和可迴圈性之間的相關性。

DOI:10。1021/jacs。1c03868

07

Nature Energy:打破商業化負極厚度和容量限制,實現高效能鋰金屬電池

6月,美國斯坦福大學崔屹教授(通訊作者)開發了一種生產超薄(0。5~20μm)、自支撐鋰金屬製備工藝。相關成果“Free-standing ultrathin lithium metal-graphene oxide host foils with controllable thickness for lithium batteries”發表在Nature Energy上。

文章重點

1、作者使用可調壓延工藝將還原氧化石墨烯 (rGO) 的厚度降低至0。3~20μm,然後透過邊緣接觸將熔融鋰注入 rGO 來製備金屬鋰複合電極。

2、在LMBs 中,三維 (3D) 主體結構引導高度可逆的鋰沉積/剝離並防止負極快速斷裂,從而使迴圈壽命延長了九倍。

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08

高效能實用鋰硫電池!

今年8月,斯坦福大學鮑哲南教授聯合崔屹教授設計了一種帶有鎳(Ni)奈米顆粒的花形多孔碳結構,解決了鋰硫電池大極化和低硫利用率問題。相關成果“A Nickel-Decorated Carbon Flower/Sulfur Cathode for Lean-Electrolyte Lithium–Sulfur Batteries”發表在Advanced Energy Materials上。

文章重點

透過利用花形多孔碳結構來促進硫電池的擴散過程。此外,作者提供了直接的實驗證據,表明透過摻入Ni奈米粒子,可以進一步增強LiPSs的吸附能力和電荷轉移動力學。

DOI: 10。1002/aenm。202101449

09

60000次迴圈,一種超穩定的碘-氫氣水系電池

中國科學技術大學陳維教授和斯坦福大學崔屹教授報道了一種在環境友好的水系電解液中,以碘為正極,氫氣為電催化負極的新型高效能水系碘-氫氣(I2-H2)電池。相關研究成果“An Ultrastable Aqueous Iodine-Hydrogen Gas Battery”發表在Adv。 Fu。 Mater。

文章重點

1、水系I2-H2電池的工作化學包括可溶性I−離子與正極處固態I2之間的I2/I−氧化還原對反應的液固相互轉化,然後是負極處的HER/HOR電催化反應。

2、測試結果顯示水系I2-H2電池實現了100 C的高倍率效能和超過60000次迴圈的持久穩定性。

DOI: 10.1002/adfm.202101024

10

Nat. Energy:鋰金屬負極在日曆老化過程中的腐蝕及其微觀成因

今年上半年,斯坦福大學崔屹教授、鮑哲南教授等人量化了日曆老化對各種電解質中鋰金屬負極可充電性的影響。相關成果“Corrosion of lithium metal anodes during calendar ageing and its microscopic origins”發表在Nat。 Energy期刊上。

文章重點

1、研究發現,無論電解質化學性質如何,鋰金屬在24小時的日曆老化過程中通常會喪失2-3%的容量。

2、作者指出未來的電解質必須同時最大限度地減少腐蝕。

11

雙溶劑鋰離子溶劑化推動高效能金屬鋰電池

5月9日,崔屹教授、鮑哲南教授課題組共同提出了一種全新的提升液態電解液效能設計的策略。相關研究以《“Dual-Solvent Li-lon Solvation Enables High-Performance Li-Metal Batteries”》為題發表在 Advanced Materials。

文章重點

透過設計與合成全新的溶劑分子,使其能在顯著提高電解液穩定性的同時,保持鋰離子溶劑化能力,使用含有這一系列溶劑分子的電解液的金屬鋰電池實現了高能量密度、高安全性以及優秀的迴圈壽命。

傳統電解液庫倫效率大概在 95% 甚至更低,而該研究透過全新電解質設計,

可使金屬鋰負極的庫倫效率達到 99.5%。

DOI: 10。1002/adma。202008619

12

無負極 Zn-MnO2電池

斯坦福大學崔屹教授、阿卜杜拉國王科技大學Husam N。 Alshareef教授等人展示了一種無負極設計(即零過量鋅),它是透過採用奈米碳成核層實現的。相關研究成果“An Anode-Free Zn–MnO2 Battery”發表在Nano Lett。 期刊上。

文章重點

1、研究人員首先透過直接的水處理將碳奈米盤的成核層塗覆在銅箔上。銅箔由於對競爭性析氫反應(HER)充滿惰性而被用作集流體,在各種電解液中表現出顯著的穩定性和低成本。

2、研究發現,這種成核層起到了促進均勻鍍鋅的作用,同時降低了成核勢壘。此外,使用預鍍鋅的MnO2正極的全無負極電池樣機,其具有更高的能量密度和良好的迴圈穩定性(在80次迴圈後容量保持率為68。2%)。

DOI: 10。1021/acs。nanolett。0c04519

13

陰離子衍生SEI骨架助力廣壓力範圍下高效鋰金屬迴圈

Stanford大學崔屹、鮑哲南教授等選擇1M LiPF6/碳酸乙烯(EC)-碳酸二乙酯(DEC)體系(A體系)和高效能1M鋰雙(氟磺醯基)醯亞胺(LiFSi)/氟化1,4-二甲氧基丁烷(FDMB)體系(B體系)作為模擬電解質體系,用無陽極軟包電池來表徵鋰金屬的抗壓迴圈效能。相關研究成果“Efficient Lithium Metal Cycling over a Wide Range of Pressures from an Anion-Derived Solid-Electrolyte Interphase Framework”發表在ACS Energy Letters 期刊上。

文章重點

1、使用多層無陽極袋電池,針對不同的電解質的電池的使用壓力進行了最佳化,在1M LiPF6/EC-DEC電解質的鋰迴圈效能隨初始壓力的增加而單調提高,而1M LiFSi/FDMB電解質的鋰迴圈效能對初始壓力的依賴性較弱。

2、該工作表明,rSEI的結構和化學可能比鈍化的SEI的結構和化學更關鍵,這在以前的工作中很少涉及,進一步鑑定FSI−衍生的RSEI物種和不同陰離子化學之間的比較實驗對於徹底闡明這些電解質體系中鋰迴圈效能改善的原因是至關重要的。

DOI: 10。1021/acsenergylett。0c02533

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3D人工SEI透過絕緣-導電-絕緣分層異質結構助力鋰金屬負極

斯坦福大學崔屹教授、北京航空航天大學宮勇吉教授等人利用夾有g-C3N4/石墨烯/g-C3N4絕緣-導電-絕緣的奈米片來構建3D結構,以引導石墨烯和g-C3N4之間範德華間隙中的均勻鋰沉積/剝離,其功能可被視為3D人工SEI。相關研究成果“3D Artificial Solid-Electrolyte Interphase for Lithium Metal Anodes Enabled by Insulator–Metal–Insulator Layered Heterostructures”發表在Adv。 Mater。期刊上。

文章重點

1、採用“g-C3N4/graphene/g-C3N4”的“絕緣體-金屬-絕緣體”三明治型奈米片結構設計了一種新型的三維SEI膜。

2、這種新型的三維SEI膜可以提高全電池的庫倫效率、迴圈穩定性和安全性。

3、這一結構的負極與高容量的正極組成Li-3D g-C3N4/G/g-C3N4||LFP電池時,即使在低的N/P比和電解液缺乏的條件下,全電池也具有良好的穩定性。

DOI: 10。1002/adma。202006247

15

鋰離子溶劑化的空間效應

斯坦福大學崔屹教授聯合鮑哲南教授提出了一個分子設計原則,利用立體阻礙效應來調整Li+離子的溶解結構。相關研究成果“Steric Effect Tuned Ion Solvation Enabling Stable Cycling of High-Voltage Lithium Metal Battery”發表在JACS期刊上。

文章重點

作者提出了以下分子設計:(1)應保留乙二醇中間段,以便與Li+進行理想的螯合,從而使鋰鹽具有足夠的溶解度,以實現高離子導電性;(2)透過利用更多的空間位阻官能團取代末端甲氧基,以增加空間位阻來控制和削弱兩個氧原子的溶劑化能力,從而促進FSI−內溶劑化殼的存在;(3)這種降低的溶劑化能力可以透過形成合格的鈍化層來彌補鋁腐蝕。

DOI: 10。1021/jacs。1c09006

16

設計全新CO吸附材料

針對有害氣體和二氧化碳,來設計出合理的多維尺度可再生微觀材料,一直是領域內的熱點課題。今年年初,斯坦福研究員唐靜和崔屹教授,以及傑弗裡・雷默主任設計了一種碳吸附材料。

相關論文於近期以“Revealing Molecular Mechanisms in Hierarchical Nanoporous Carbon via Nuclear Magnetic Resonance” 為題發表在 Cell 子刊 Matter 上,論文共同一作是 2020 年《麻省理工科技評論》“35 歲以下科技創新 35 人” 中國區得主、斯坦福研究員唐靜,目前師從崔屹。

文章重點

作者利用微波誘導加熱法結合K2CO3活化從木材中合成HNC。

HNC表現出Murray定律多尺度結構,促進了透過核磁共振(NMR)對吸附質吸附的分子尺度研究。NMR化學位移與吸附劑的環電流效應一致。VOC蒸氣吸附結果顯示NMR化學位移隨時間變化,表明初始吸附到中孔,然後擴散到微孔中。Schroeder佯謬由HNC中吸附液-汽-液相的觀測位移差異證明。這些HNC表現出較高的CO2吸附能力,預示著其將應用於碳捕獲領域。

DOI: 10。1016/j。matt。2020。09。024

Carbontech2021碳基儲能論壇

組織機構

主辦單位:

DT新材料

承辦單位:

寧波德泰中研資訊科技有限公司

支援單位:

寧波中車新能源科技有限公司、寧波二黑科技有限公司

合作媒體:

DT新材料、Carbontech、DT新能源、Carbon energy、能源學人、儀器資訊網、中國新能源網、粉體圈、石墨時訊、瀝青基碳材料、儲能世界

合作期刊:Carbon energy、ES Energy & Environment

論壇主席

張久俊:

加拿大皇家科學院、工程院、工程研究院院士

邱介山:

北京化工大學教授,化學工程學院院長

阮殿波:

寧波大學教授,俄羅斯自然科學院院士

報告形式

主旨報告,邀請報告,申請報告,口頭報告

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