能源领域最新进展集锦 | 钾离子电池、Na-S电池、HER/ORR电催化剂、ORR/MOR电催化剂-安徽艾约塔硅油

您的位置：网站首页 行业动态 能源领域最新进展集锦 | 钾离子电池、Na-S电池、HER/ORR电催化剂、ORR/MOR电催化剂

能源领域最新进展集锦 | 钾离子电池、Na-S电池、HER/ORR电催化剂、ORR/MOR电催化剂

阅读量：3708109 2019-10-23

01
电解质化学：同时稳定钾离子电池中的金属钾及合金阳极

由于钾离子电池（KIBs）的氧化还原电势低且钾资源丰富，所以它可以替代锂离子电池用于大规模储能。但是基于合金阳极的钾离子电池在循环过程中容量衰减比较快，这主要是由以下两方面造成的：一方面，在钾化和去钾过程中，合金阳极的体积变化较大，导致固态-电解质间相(SEI)破裂和材料粉碎。这会持续消耗电解质，使电流减小。另一方面，由于SEI膜的形成以及钾化和去钾化的可逆性差，所以在循环过程中钾金属会分解。因此，要想延长KIBs的寿命，需要同时降低金属阳极的体积变化和金属钝化。众所周知，电解质在钝化碱金属和修饰SEI膜方面起重要作用。
北京航空航天大学郭林团队探究了电解质盐和溶剂化学对KIBs中K金属和多孔红磷（RP）电极稳定性的影响。他们采用超声处理和自组装工艺制备了红磷/碳纳米管@还原性氧化石墨烯复合材料(RP/C)。研究结果表明，上述电极材料在1M 双（氟磺酰基）酰亚胺钾（KFSI）/碳酸亚乙酯（EC）和碳酸二乙酯（DEC）电解质中的稳定性优于其他电解质。基于RP/C合金阳极的KIBs在循环100次后容量为420.7 mAh g-1，容量保持率为95.3%。故双（氟磺酰基）酰亚胺钾盐（KFSI）基碳酸盐电解质可以同时稳定K金属和RP电极，从而得到高度稳定的KIBs。这种具有适当溶剂化能的盐溶剂配合物可以减少钾金属和电解质之间的副反应，并促进钾离子的扩散/去溶剂化。此外，在K金属和RP电极上形成的坚固SEI层可以抑制K枝晶生长并抵抗RP体积变化。这种电解质调节策略也可适用于高性能KIBs的其他合金阳极。

扫码阅读全文

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/anie.201908607
02
室温Na-S电池：多硫化钠防御系统的设计与构建

室温Na-S电池由于具有高理论比容量(1675 mAh g-1)和高能量密度(1274 Wh kg-1)，以及地壳中丰富的Na和S资源，而受到了广泛的关注。但室温Na-S电池仍然面临着许多挑战：（1）活性S的电导率差，导致电化学反应动力学缓慢，S的利用率低；（2）钠硫电池比锂硫电池（LSBs）的体积膨胀率高，这使Na–S电池的正极结构更容易崩塌；（3）在多步反应中生成的多硫化钠具有高反应活性和溶解性，易扩散到钠负极，从而导致严重的“穿梭效应”，使电池容量显著降低。
西南大学徐茂文团队、鲁汶大学Zhang Xuan博士与麻省理工学院Chen Yuming博士合作，通过设计和构建正极-隔膜双壁垒，构建了一个多硫化钠防御系统。他们用二硫化钼包覆空心碳球（HCS/MoS2）复合材料作为S主体。空心碳球用于负载活性物质，有效地提高了S的电导率并且缓解了体积膨胀。然后，将极性MoS2片包覆在碳球表面，利用极性MoS2吸附NaPSs，有效减缓多硫化物在电解质中的溶解。这种分级的HCS/MoS2构成了针对多硫化物的第一道防线。另外，为了进一步巩固多硫化物的防御体系，通过在隔膜的一侧涂覆HCS/MoS2复合物形成第二道防线。在放电过程中，当部分NaPSs从正极溢出并溶解在电解质中时，涂覆在隔膜上的HCS/MoS2可以有效地吸附多硫化物，防止多硫化物进入负极使金属Na变质。实验结果显示，用于室温Na-S电池的正极，在0.1C时，容量约为1309mAh g-1，在1C时，循环寿命可达1000圈。这项研究为开发耐用的室温Na-S电池提供了一种新颖有效的方法。

扫码阅读全文

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.201901557
03
原子分散的Pt负载的螺旋状Pd/Au核壳纳米线电催化剂

铂基催化剂能够有效催化各种还原反应，例如：氧还原反应（ORR），析氢反应（HER），氢氧化反应（HOR）和乙醇氧化反应（EOR）。然而，Pt的高成本和稀缺性以及较低的Pt利用率严重限制了其广泛应用。为了降低Pt基催化剂的成本，可以通过减小Pt颗粒的尺寸，将Pt与其它金属形成合金以及构造核-壳纳米结构等方法来实现。具有明确结构的活性位点和不饱和配位环境的Pt单原子催化剂被证实具有优异的电催化活性。因此，调控Pt单原子催化剂中金属与金属的配位情况可以提高Pt的质量活性。
中国科学技术大学洪勋团队利用水热法合成了平均直径为6.1 nm的超细五重孪晶Pd纳米线，然后将制备的Pd纳米线分散在HAuCl4水溶液中，在温度为60°C时搅拌3 h。x-射线精细结构（XAFS）和球差校正高分辨率透射电镜结果表明，电置换反应会导致Au的选择性生长，从而制备出螺旋状的Pd/Au核壳纳米线。最后，再以Pd/Au纳米线为底物，加入3.0 mL的0.3 mg mL-1 K2PtCl4水溶液，得到原子分散的Pt负载的螺旋状Pd/Au纳米线。实验结果表明，Pt含量为2.74 at ％的纳米线在酸性溶液中表现出优异的HER特性，电流密度为10 mA cm-2时，过电势仅为20.6 mV，并且在碱性电解质中ORR性能显著增强，其质量活性比商业化Pt/C高15倍。

扫码阅读全文

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/chem.201903992
04
氧还原和甲醇氧化双功能电催化剂：PtPdIr介孔中空纳米球

在过去的几十年中，直接甲醇燃料电池（DMFC）作为一种有前途无污染的能量转换技术受到了广泛关注。为了增强DMFC的性能，需要高活性的电催化剂来催化缓慢的阳极甲醇氧化反应（MOR）和阴极氧还原反应（ORR）。到目前为止，铂基催化剂仍然是最有效的MOR和ORR电催化剂。有许多研究已经报道了基于Pt的三金属或多金属纳米材料可作为DMFC催化剂，但关于制备具有清晰的开孔表面的Pt基多金属空心纳米结构材料的报道很少。
浙江工业大学王鸿静/许友/王亮团队通过溶液化学还原和选择性化学蚀刻两步合成了均匀的三金属PtPdIr介孔空心纳米球（PtPdIr MHNSs）。由于具有中空的空腔和轮廓分明的介孔表面，合成的PtPdIr MHNSs表面和内部的活性金属原子可以被充分用于催化反应。此外，三金属PtPdIr之间的电子结构效应可以大大提高金属原子的催化活性。实验结果显示，所制备的PtPdIr MHNSs对ORR和MOR均表现出良好的电催化活性、稳定性和耐久性。

扫码阅读全文

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/asia.201901098
（本期作者：艾米）
往期阅读
能源领域最新进展集锦 | 固态锂金属电池、氧还原电催化剂、锌离子电池
能源领域最新进展集锦 | 钾离子电池，无锂枝晶镀层，电催化剂，木材衍生能源材料