能源需求的持续增长和环境污染的加剧构成了亟待解决的主要挑战。开发和利用风能和太阳能等可再生、可持续的清洁能源至关重要。然而,这些间歇性能源的不稳定性使得对储能系统的需求日益迫切。水系锌离子电池(AZIBs)因其独特优势,如高能量密度、成本效益、环保性和安全性,受到广泛关注。然而,AZIBs面临着重大挑战,主要是锌枝晶的形成严重影响了电池的稳定性和寿命,导致电池失效。因此,减少锌枝晶的形成对于提高 AZIBs 的性能至关重要。本综述系统而全面地梳理了当前抑制锌枝晶形成的策略和进展。通过综合分析锌阳极、电解质、隔膜设计和改性以及其他新机制的最新发展,为研究人员提供一个透彻的理解,以指导未来的研究,推动水性锌离子电池技术的发展。
使用陶瓷电解质的全固态锂离子电池(LIBs)被认为是理想的可充电电池形式,因为它们具有高能量密度和安全性。然而,在追求全固态LIBs的过程中,锂资源层面的问题往往被选择性的忽视了。最具实用化潜力的富锂陶瓷电解质会使得全固态LIBs的锂消耗量是常规LIBs的数倍至数十倍。考虑到以当前的锂资源条件很难支撑全固态锂离子电池的可持续发展,另一种同样能够提供高能量密度和安全性双重优势的系统——全固态钠离子电池(SIBs),相比于锂离子电池具有更显著的可持续性优势,并有可能成为下一代高能量密度电池发展竞赛中的有力竞争者。然而,目前关于全固态钠离子电池的研究依然处于十分初步的阶段,本文简要介绍了全固态SIBs的研究现状,并通过对聚合物类材料,钠超离子导体(NASICON)类材料等固态钠离子导体的总结讨论,解释了全固态SIBs的可行性与潜在优势的来源。此外,本文还简要讨论了通过人工智能辅助开发固态钠离子导体的可行性,旨在激发研究人员的兴趣并吸引更多人关注到全固态SIBs这一领域中。
诱导经典强金属-载体相互作用(SMSI)是一种提高负载型金属催化剂性能的有效途径,这指的是载体包覆金属纳米颗粒的结构重构效应。传统的SMSI诱导方式是热还原方法,但这过程中往往伴随着会损害催化活性的金属纳米颗粒的长大过程。为了解决这一问题,本研究开发了一种温和的电化学方法来诱导SMSI,并在核壳结构CNT@SnO2载体上负载的Pt纳米颗粒催化剂中进行了验证。高分辨透射电镜(HRTEM)和电化学测试结果证实了电化学诱导方法成功在Pt纳米颗粒表面构建了SnOx包覆层。这种SnOx包覆层可以保护Pt纳米颗粒在氢氧化反应(HOR)中不受CO杂质的毒害。实验显示,当H2中混入10000 ppm浓度的CO时,E-Pt-CNT@SnO2的HOR电流密度经过2000 s后仍能保持85%,而商用Pt/C在相同条件条件下工作300 s则完全失活。此外,SnOx包覆层与Pt纳米颗粒之间存在电子相互作用,这导致电荷从载体迁移到Pt纳米颗粒上,并在远离界面处聚集。这种电荷转移降低了Pt对H中间体的吸附能,提高了E-Pt-CNT@SnO2的HOR活性,催化剂的交换电流密度为1.55 A·mgPt-1,是商业Pt/C的1.3倍。原位拉曼光谱和理论计算结果表明,电化学诱导SMSI的关键因素是Pt纳米颗粒对Sn-O键强度的减弱。此外,Pt纳米颗粒对载体不同区域的Sn-O键强度的弱化存在差异,其中表面Sn原子与内部O原子之间的键强度弱于Sn原子与表面O原子之间的键强度,这促进了SnOx团簇的形成和迁移。