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储能电池研究最新集锦20180316

锂电快讯2018-03-16 15:57

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一、Science:看见单原子催化石墨烯生长

储能电池研究最新集锦20180316

刚刚上线的Science文章报道,来自意大利的研究者们以Ni(111)表面生长石墨烯为研究对象,通过原位、高速扫描隧道显微镜观测石墨生长过程。当STM的分辨率达到毫秒级别,他们发现石墨烯的生长与表面Ni单原子直接关联。这些单原子存在于处于生长状态石墨烯的边缘。同时理论计算也印证了这一结果。


—图文快解——

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图 1:石墨烯沿着Z和K边生长

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图2:石墨烯边缘吸附的Ni原子

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图 3:DFT计算的石墨烯生长路径



二、ACS Nano:钙钛矿太阳能电池中双层结构的高效稳定电子层传输层

最近,华中科技大学武汉光电国家实验室的陈炜教授团队发明了一种基于单分散氧化物纳米颗粒表面改性方法,改性后的纳米颗粒在极性和非极性溶剂里均可实现良好分散,可以在低温下十分方便地在钙钛矿薄膜的上方形成高质量的界面薄膜。高分散的CeOx纳米墨水有利于形成完整覆盖的无机界面层,与PCBM一起应用于钙钛矿太阳能电池时起到了良好的化学屏蔽作用:(1)有效屏蔽外界湿气渗透破坏钙钛矿材料,(2)避免钙钛矿在工作时的分解溢出物对金属电极进行腐蚀。在这双重保护作用下,钙钛矿太阳能电池的工作稳定性得到了大幅提升。制备的电池初始效率最高可达18.6%,在30%RH湿度下暗态保存30天,性能几乎无衰减。将同批次电池在N2气氛手套箱或30%RH的空气气氛中进行连续200小时的光照老化,对电池的最大功率点进行追踪检测,实验表明电池效率几乎无衰减。该文章发表在国际顶级期刊(知名期刊)ACS Nano上(影响因子:13.9)。


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三、Nature Communications:小分子固硫新技术助推高性能锂硫电池的发展

近日,温州大学的王舜教授团队联合加拿大工程院院士、滑铁卢大学的陈忠伟教授课题组及美国阿贡国家实验室陆俊博士课题组在Nature Communications 上发表学术论文,首次提出了利用有机小分子蒽醌“固硫”的创新思路,实现了高载量硫正极长期循环的稳定性。


图1A是蒽醌/石墨烯/硫复合正极材料制备的示意图,图1B和1C是锂硫电池的充放电性能测试图。从图可知,蒽醌/石墨烯/硫复合正极材料具有极其稳定的循环能力,在300圈循环内,平均每圈容量仅降低0.019%;0.5C充放电500圈后,总容量仍保持在初始容量的81%以上。这种稳定的充放电行为意味着天然丰富的蒽醌(AQ)小分子可以有效抑制中间多硫化物的溶解及流失。

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图1.(A)锂硫电池正极材料合成示意图;(B)0.5 C电流密度下电池的循环性能及(C)不同电流密度下电池的倍率性能比较图。


四、Nature Nanotechnology :寡聚轮烷


近日,比利时列日大学Anne-Sophie Duwez教授课题组联合诺奖得主美国西北大学J. Fraser Stoddart教授,利用单分子力谱研究了合成寡聚轮烷的折叠和展开过程,揭示了这类分子的力化学性质。相关论文发表在Nature Nanotechnology 上。

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Anne-Sophie Duwez教授(左二)和J. Fraser Stoddart教授(左三)。图片来源:Duwez Lab / University of Liège


作者先合成了[5]轮烷([5]rotaxane)分子,基于电子供体和受体的相互作用形成折叠体。分子中包含了四个缺电子联吡啶环蕃(CBPQT4+,图1蓝色环)作为受体,以及由柔性的聚氧乙烯链(PEO)连接的富电子1,5-二氧萘单元(DNP,图1红色球)供体。要实现对折叠体的拉伸实验,首先要将其固定在AFM的针尖和基底之间,因此作者在该[5]轮烷分子两端分别引入了一个1,2-二硫戊环单元(图1黑色球),从而可以与含金的基底及AFM针尖通过Au-S相互作用相连。

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图1. [5]轮烷烃的化学结构。图片来源:Nat. Nanotech.


五、Nano Energy:LaFeO3-δ的双功能催化剂

近日,华中科技大学王春栋副教授课题组与澳门大学、泉州师范学院、美国摩根州立大学、中科院苏州纳米技术与纳米仿生研究所和美国佐治亚理工学院刘美林教授合作,开发了一种基于P掺杂LaFeO3-δ的双功能催化剂,用于碱性溶液中的ORR和OER,王春栋副教授和刘美林教授为论文的共同通讯作者。由于P的掺杂效应,形成大量的O2 2-/O-,微量的高价Fe4+及优化了铁的电子填充水平(eg≈1),基于以上原因显著提升了电催化性能。P掺杂后,质量活性和比活性都增加了近一倍。密度泛函理论计算也证实P掺杂导致Fe4+离子形成。这些结果表明,非金属元素P掺杂优化了电子构型,改变Fe离子价态,从而提高了其催化活性。相关成果以题为“Engineering phosphorus-doped LaFeO3-δ perovskite oxide as robust bifunctional oxygen electrocatalysts in alkaline solutions”发表在了Nano Energy上。


【图文导读】图1 LF和LFP-5钙钛矿的结构图


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(a)LF和LFP钙钛矿晶体结构的示意图;

(b)LF和LFP-5的XRD图谱;

(c)LF的SEM图像;

(d)LFP-5的SEM图像。



图2 LF和LFP-5钙钛矿的微观表征


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(a-c)分别为LFP-5的TEM,HRTEM和SAED图像;

(d)LFP-5的HAADF-STEM图像;

(e-i)分别为LFP-5的相应元素分布图像。


六、首例超越5000小时耐久性的燃料电池产品

近日,中国科学院大连化学物理研究所持股企业新源动力股份有限公司(以下简称“新源动力”)所开发的HYMOD®-300型车用燃料电池电堆模块,采用高稳定性、高性能的“膜基催化层膜电极设计”和高可靠性的“复合双极板结构”,经寿命测试和整车应用验证,突破了车用燃料电池5000小时的耐久性难关,成为我国首例自主研发的超越5000小时耐久性的燃料电池产品。同时,该产品还实现了电堆在-10℃环境下的低温启动,以及在-40℃下的储存。




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