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品味智慧之光

縱使攬勝四方

我自封面大賞

——編者

6月第1期《封面大賞》專欄收錄2021年6月第1周Advanced材料科學類頂刊上發表的關于能源轉化與存儲的封面文章。

離子電池正極材料

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濟南大學原長洲教授課題組報道了一種碳包覆、Mo摻雜的Na₃V₂(PO₄)₃納米線電池正極材料。該材料通過靜電紡絲與高溫炭化兩步制備，具有由Na₃V₂(PO₄)₃納米顆粒構成的一維納米線結構。得益于Mo摻雜、一維結構及碳包覆特點，該電極材料具有電子傳導快、離子擴散容易、結構穩定三大優點，因而無論是在低溫-25 °C下還是較高溫55 °C下均展示出優異的電化學性能。利用該Na₃V₂(PO₄)₃與合適的電極制成的軟包鈉離子電池或軟包鋰/鈉離子混合電池在25 °C下的能量密度分別達到262.4 Wh/kg與186.1 Wh/kg。另外，作者們還探究了電極材料的儲能機理，發現在含Li⁺電解液中工作時，Li⁺可部分取代電極中的Na⁺并參與嵌入-脫出過程。

封面上方冰天雪地，下方烈焰熊熊，象征了低溫與高溫的運行環境。而圈在泡泡里的Na₃V₂(PO₄)₃材料行游兩方、毫發無損，突出了材料耐溫性能絕佳的特點。

電池機理研究

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美國橡樹嶺國家實驗室（Oak Ridge National Laboratory）研究團隊利用現場原位（operando）小角中子衍射、電化學阻抗、X射線光電子能譜（XPS）三種主要技術探究了LiFSI（溶質）-EMImFSI（溶劑）離子液體在碳電極上固態電解質界面（SEI）的形成過程。測試電壓范圍為1.7 V – 1.9 V，碳材料為規整介孔碳。規整介孔碳雖沒有應用于商業化電池中，但其高比表面積有利于生成大量SEI，便于檢測。開路電壓下，EMIm⁺與負極金屬鋰反應生成卡賓（碳烯化合物），并與碳正極表面附近的FSI^–反應生成富含LiF的SEI。當碳電極電壓接近2 V時，FSI^–還能自發發生還原反應生成含LiF的SEI。這兩個過程形成的SEI附著于碳表面，保護碳正極免受EMIm⁺嵌入、脫嵌的影響。此外，中子衍射實驗發現Li₂O、Li₃N、Li₂S₂O₄、Li₂SO₃、Li₂S、EMIm⁺含碳還原產物等也可能存在于碳表面的保護層中。

電解液的海洋里漂浮著一片規整介孔碳網絡，周圍散布著EMIm⁺和FSI^–的分子模型。一道閃電劃過碳表面，伴隨著電子注入，碳表面附著上了一團團晶瑩的LiF晶體。這些LiF從何而來呢？原來是被電流還原的FSI^–陰離子。該封面可謂是對整篇工作成果的藝術注解。

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