2020我国新能源发展趋势总结「2019年即将过去,2020年」

二维MXene在能源转换和存储系统中的应用

过渡金属碳化物和氮化物（MXenes）属于二维无机化合物家族，是由过渡金属碳化物，氮化物或碳氮化物的几个原子层组成的材料。Ti3C2是第一个二维层状MXene，于2011年分离出来。从那时起，材料科学家基于各种过渡金属的组合，已经确定或预测了>200种不同MXene的稳定相。广泛的实验和理论研究表明它们具有令人兴奋的能量转换和电化学存储潜力。作者全面总结了MXene研究的最新进展。首先回顾一下结构类型和形态及其制造路线。然后讨论了机械，电，光学和电化学性能的 MXenes。然后，重点转向它们在能量存储和转换方面的潜力。能量存储应用包括可充电锂离子和钠离子电池，锂硫电池和超级电容器中的电极。在能量转换方面，提出了光催化燃料的生产，例如水分解产生的氢气和二氧化碳的减少。还讨论了MXenes对水中的有机污染物进行光催化降解的潜力，以及它们作为由氮合成铵的催化剂的前景。最后，总结了它们的应用潜力。

Applications of 2D MXenes in energy conversion and storage systems, https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/CS/C8CS00324F#!divAbstract

实现高能量密度长循环锂金属电池的途径

锂离子电池已接近其特定的能量极限，但受到当今能量存储和电力应用不断增长的需求的挑战。与现有或新兴的高容量正极材料结合使用时，锂金属负极被认为是未来可充电电池的发展方向。但是，当前许多研究都集中在电池材料水平上，关于电池设计原理的说明很少。在这里，作者讨论了使用高镍含量的锂镍锰钴氧化物作为正极材料的可充电锂金属电池，要达到高于350 Wh kg-1（最高500 Wh kg-1）的比能量所需的关键条件。作者还对影响电池级循环寿命的关键因素进行了分析，例如正极负载，电解质量和锂箔厚度。此外，作者确定了减少电解质锂含量的几种重要策略。

Pathways for practical high-energy long-cycling lithium metal batteries, https://www.nature.com/articles/s41560-019-0338-x

电纺和电纺纳米纤维：方法，材料和应用

电纺丝是一种用于产生超细纤维的通用且可行的技术。在电纺方法的开发和电纺纳米纤维的工程化方面已经取得了显著进展。作者旨在提供静电纺丝的全面概述，包括原理，方法，材料和应用。首先简要介绍电纺的早期历史，然后讨论其原理和典型设备。然后，作者将讨论它在过去的二十年中的复兴，它是生产具有多种成分，结构和特性的纳米纤维的有力技术。随后，作者讨论了电纺纳米纤维的应用，包括它们用作“智能”垫子，过滤膜，催化载体，能量收集/转化/存储组件，光子和电子设备以及生物医学支架。作者还提供有关未来发展的挑战，机遇和新方向的观点。最后，作者讨论了静电纺丝纳米纤维大规模生产的方法，并简要讨论了在日常生活中已广泛使用的各种类型的基于静电纺丝纳米纤维的商业产品。

Electrospinning and Electrospun Nanofibers: Methods, Materials, and Applications, https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acs.chemrev.8b00593

富含缺陷的超薄N掺杂碳纳米片无金属电催化剂

对于氧还原反应（ORR），氧释放反应（OER）和氢释放反应（HER）的高性能，低成本和强耐用性的非贵金属三功能电催化剂的合理设计和简便制备存在很大挑战。本文中，作者介绍了一种通过简单地热解柠檬酸和NH4Cl的混合物来制备氮掺杂的超薄碳纳米片（NCN）。当实际用作可充电锌空气电池的催化剂时，可获得高能量密度（806 Wh kg-1），低充电/放电电压间隙（0.77 V）和超长循环寿命（超过330 h）的电池。这项工作不仅提出了具有超高比表面积和大量边缘缺陷的高级碳材料的通用策略，而且为设计和开发用于各种与能量有关的电催化反应的多功能无金属催化剂提供了有用的指导。

Defect-rich and ultrathin N doped carbon nanosheets as advanced trifunctional metal-free electrocatalysts for the ORR, OER and HER, https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/EE/C8EE03276A#!divAbstract

用于锂离子电池的氮硫双掺杂石墨烯纳米复合负极

通过球磨技术将热解NSGs插入聚合物衍生的SiBCN中，设计合成了填充有氮硫双掺杂石墨烯片（SiBCN / NSGs），并测试了其作为锂离子电池负极的可行性。NSGs在SiBCN中的插入引起了外在缺陷和更多的活性位，都增加了锂化和负极稳定性。所得材料显着改善了锂离子的负载能力，并具有更高的倍率能力。高循环性能归因于NSG的堆叠石墨烯片和增加的无序碳位。纳米复合材料即使在高电流下也显示出785 mAh g-1的可逆容量。此外，SiBCN负极在500次循环后的充电容量为365 mAh g-1，表明这种负极在锂离子电池中具有一定的实际应用。

Polyborosilazane derived ceramics - Nitrogen sulfur dual doped graphene nanocomposite anode for enhanced lithium ion batteries, https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0013468618325611

PPy封装的SnS2纳米片负极用于锂离子电池

人们对纳米结构的负极的兴趣日益增加。然而，这些负极在反复的锂化/脱锂期间经历巨大的体积波动，并且容易被粉碎并随后形成聚集体。本文提出了一种通过在金属氧化物载体表面产生缺陷来稳定合金型负极的有效方法。富缺陷的TiO2纳米管上支撑的PPy封装的SnS2纳米片实验结果和理论计算均表明，与缺陷少的TiO2相比，富含缺陷的TiO2对SnS2和放电产物提供了更多的化学附着力，从而有效地稳定了电极结构。结果，该复合材料表现出空前的循环稳定性。这项工作为设计在氧化物载体上的耐用且活性的纳米结构合金型负极铺平了道路。

PPy-encapsulated SnS2 Nanosheets Stabilized by Defects on a TiO2 Support as a Durable Anode Material for Lithium-Ion Batteries., https://pubs.rsc.org/en/ content/articlelanding/2019/CS/C8CS00324F#!divAbstract

MoS2/石墨烯异质结对Li-S电池中多硫化锂的高效电催化

通过设计独立的三维石墨烯/ 1T MoS2（3DG / TM）异质结构，并具有对多硫化锂（LiPSs）高效电催化性能，提出了一种有效抑制Li-S电池中“多硫化物穿梭”的新方法。 3DG / TM异质结构由夹在亲水性，金属性，层数少且具有丰富活性位点的1T MoS2纳米片夹在中间的几层石墨烯纳米片构成。 1T-MoS2的多孔3D结构和亲水特性有利于电解质渗透和锂离子转移，并且石墨烯和1T MoS2纳米片的高电导率都有助于电子转移。因此，具有3DG / TM的电池具有出色的电化学性能，具有1181 mA h g-1的高可逆放电容量。LiPSs的电催化机理在实验和理论上得到了进一步的揭示，这为开发先进的Li-S电池和高效的LiPS转化电催化剂提供了新的见解。

Freestanding 1T MoS2/graphene heterostructures as a highly efficient electrocatalyst for lithium polysulfides in Li–S batteries., https://pubs.rsc.org/en/content/ articlelanding/2019/EE/C8EE03252A#!divAbstract

锂枝晶形成的根源是什么？

固体电解质（SEs）是当今研究热点。但是，最近的报道表明，由于机理尚不清楚，实际上在Li7La3Zr2O12（LLZO）和Li2S–P2S5中形成锂枝晶比在锂电池中形成锂枝晶要容易得多。在这里，作者观察了三种流行但有代表性的SEs在镀锂过程中锂浓度分布的动态演变，从而阐明了枝晶形成的原因。虽然在LiPON中没有观察到明显的锂浓度变化，但我们可以看到锂在块状LLZO和Li3PS4中的直接沉积。作者的研究结果表明，LLZO和Li3PS4的高电子电导率是这些SEs中枝晶形成的主要原因。因此，降低SEs的电子电导率，而不是进一步提高SEs的离子电导率，是全固态锂电池成功的关键。

High electronic conductivity as the origin of lithium dendrite formation within solid electrolytes, https://www.nature.com/articles/s41560-018-0312-z

高能锂离子电池富镍层状氧化物正极的双重改性

层状富镍材料商业化的一个关键挑战是由于电池运行过程中正极的界面不稳定和体相结构退化而导致的容量下降和电压衰减。本文以La和Ti从LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2表面到内部迁移能差的理论计算为指导，首次采用同步合成和原位改性的简单方便的双重改性策略，合理设计和制备了Ti掺杂和La4NiLiO8包覆的LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2阴极。即使在高温和延长截止电压的工作条件下，双重改性材料也表现出显著的电化学性能。进一步的研究表明，作者的策略可以同时解决界面不稳定和体相结构退化这两个问题，表明高性能锂离子电池先进正极材料的发展取得了重大进展。

Simultaneously Dual Modification of Ni‐Rich Layered Oxide Cathode for High‐Energy Lithium‐IonBatteries.https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.201808825

硅氧化物：极具前景的锂离子电池负极材料

硅氧化物具有储量丰富、成本低、环境友好、易于合成、理论容量高等优点，被认为是一类很有前景的高能锂离子电池负极材料。然而，二氧化硅的电导率低、体积变化量大、初始库仑效率低，严重阻碍了它的广泛应用。本文综述了氧化硅基负极材料的合成及其储锂性能的最新研究进展。系统地介绍了SiO基负极材料、SiO2基负极材料、SiOx基非化学计量比材料和Si-O-C基负极材料。最后，对氧化硅基负极材料的发展前景进行了展望，并提出了自己的看法。

Silicon oxides: a promising family of anode materials for lithium-ion batteries, https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/CS/C8CS00441B#!divAbstract