革新电化学：纳米多孔模型电极的创新

革新电化学：纳米多孔模型电极的创新研究人员开发了一种突破性的模型膜电极，其特点是在纳米多孔膜内排列有序的空心巨型碳纳米管(gCNT)阵列。这种新型电极是通过在阳极氧化铝(AAO)上开发一种均匀的碳涂层技术而构建的，从而产生具有不同尺寸纳米孔的垂直排列的gCNT。该模型旨在最大限度地减少接触电阻并增强对电化学行为的理解。关键的突破在于这种新型电极的构建。研究人员在铝基板上形成的阳极氧化铝(AAO)上开发了一种均匀的碳涂层技术，消除了阻挡层。由此产生的共形碳涂层显示垂直排列的gCNT，纳米孔的直径范围为10至200nm，长度为2μm至90μm，覆盖小的电解质分子到生物相关的大物质，如酶和外泌体。与传统的复合电极不同，这种独立的模型电极消除了颗粒间的接触，确保接触电阻最小——这对于解释相应的电化学行为至关重要。模型膜电极显示出对孔径的广泛可控性。图片来源：刘宏宇“这种模型电极的潜力是巨大的，”该研究的通讯作者之一潘正泽博士说。“通过使用具有广泛纳米孔尺寸范围的模型膜电极，我们可以深入了解多孔碳电极内发生的复杂电化学过程，以及它们与纳米孔尺寸的内在相关性。”此外，gCNT由低结晶堆叠石墨烯片组成，在低结晶碳壁内提供无与伦比的导电性。通过实验测量和内部程序升温解吸系统的利用，研究人员构建了低结晶碳壁的原子级结构模型，从而能够进行详细的理论模拟。为这项研究进行模拟部分的AlexAziz博士指出，“我们的高级模拟提供了一个独特的镜头来估计无定形碳内的电子跃迁，揭示了控制其电行为的复杂机制。”该项目由高级材料研究所(WPI-AIMR)设备/系统组首席研究员HirotomoNishihara教授领导。这些发现在材料科学的顶级期刊之一《高级功能材料》中有详细介绍。最终，这项研究代表了我们在理解非晶基多孔碳材料及其在探索各种电化学系统中的应用方面向前迈出了重要一步。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1363081.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1363081.htm

让二氧化碳发挥作用 科学家利用电化学将碳转化为有用的分子

让二氧化碳发挥作用科学家利用电化学将碳转化为有用的分子该团队的论文最近发表在《自然》杂志上。该论文的共同第一作者是中国四川大学的博士后研究员余鹏和张文以及孙国权。由文理学院化学和化学生物学教授宋林领导的康奈尔大学团队以前曾利用电化学过程将简单的碳分子拼接起来，形成复杂的化合物，不需要贵金属或其他催化剂来促进化学反应。在新项目中，他们将目光投向了一个更具体的目标：吡啶，FDA批准的药物中第二普遍的杂环化合物。杂环是有机化合物，其中分子的原子被连接成环状结构，其中至少有一个不是碳。这些结构单元被认为是"药引子"，因为它们经常出现在有药用价值的化合物中。它们也普遍存在于农用化学品中。研究人员的目标是制造羧基化的吡啶，即附加了二氧化碳的吡啶。将二氧化碳引入吡啶环的好处是，它可以改变分子的功能，并有可能帮助它与某些目标结合，如蛋白质。然而，这两个分子并不是天然的伙伴。吡啶是一种反应性分子，而二氧化碳通常是惰性的。该论文的共同第一作者、四川大学的余大刚说："直接将二氧化碳引入吡啶的方法非常少。目前的方法有非常严重的局限性。"宋林的实验室将其在电化学方面的专长与余的小组在有机合成中利用二氧化碳的专长相结合，他们能够成功地创造出羧基吡啶。他说："电化学给了你这种杠杆作用，可以拨出足以激活甚至一些最惰性的分子的电位，这就是我们能够实现这一反应的原因。"该团队的偶然发现是在他们进行电合成的时候出现的。化学家们通常以两种方式之一进行电化学反应：在一个非分割的电化学池中（其中提供电流的阳极和阴极在同一溶液中）或在一个分割的电化学池中（其中阳极和阴极被一个多孔隔板隔开，该隔板阻止大型有机分子但允许离子通过）。一种方法可能比另一种更有效，但它们都产生相同的产品。研究小组发现，通过从分裂的电池切换到不分裂的电池，他们可以选择性地将二氧化碳分子附着在吡啶环的不同位置上，产生两种不同的产品。在未分裂的细胞中产生C4-羧化作用，在分裂的细胞中产生C5-羧化作用。"这是我们第一次发现，仅仅通过简单地改变细胞，也就是我们所说的电化学反应器，就能完全改变产品，"宋林说。"我认为对其发生原因的机理理解将使我们能够继续将同样的策略应用于其他分子，而不仅仅是吡啶，也许还能以这种选择性但可控的方式制造其他分子。我认为这是一个可以推广到其他系统的一般原则。"虽然该项目的二氧化碳利用形式不会解决气候变化的全球挑战，但这是以有用的方式利用过量二氧化碳的一小步。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1346465.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1346465.htm

采用新型电沉积方法的全固态电池技术取得突破

采用新型电沉积方法的全固态电池技术取得突破通过底部电沉积机制稳定锂金属阳极全固态电池的示意图。资料来源：POSTECH应对电池安全挑战在电动汽车和储能系统等各种应用中，二次电池通常依赖于液态电解质。然而，液态电解质的易燃性带来了火灾风险。这促使人们不断努力探索在全固态电池中使用固态电解质和金属锂（Li），从而提供更安全的选择。在全固态电池的运行过程中，锂被镀在阳极上，利用电子的运动产生电力。在充电和放电过程中，锂金属会经历失去电子、转化为离子、重新获得电子和电沉积回金属形态的循环过程。然而，锂的任意电沉积会迅速耗尽可用的锂，导致电池的性能和耐用性大幅降低。阳极保护的创新为解决这一问题，研究团队与浦项制铁N.EX.THub合作开发了一种由功能粘合剂（PVA-g-PAA）[2]组成的全固态电池阳极保护层。该层具有优异的锂转移特性，可防止随机电沉积并促进"底部电沉积"过程。这可确保锂从阳极表面底部均匀沉积。研究小组利用扫描电子显微镜（SEM）进行了分析，证实了锂离子的稳定电沉积和分离[3]。这大大减少了不必要的锂消耗。研究小组开发的全固态电池还证明，即使锂金属薄至10微米（μm）或更薄，也能长时间保持稳定的电化学性能。领导这项研究的SoojinPark教授表达了他的承诺，他说："我们通过一种新颖的电沉积策略设计出了一种持久的全固态电池系统。通过进一步研究，我们的目标是提供更有效的方法来提高电池寿命和能量密度。在合作研究成果的基础上，浦项制铁控股公司计划推进锂金属阳极的商业化，这是下一代二次电池的核心材料。"说明电沉积通过电解液中的电流将金属沉积到浸没在电解液中的电极上的方法PVA-g-PAA聚（乙烯醇）-接枝-聚（丙烯酸）脱离脱离或分离，金属锂失去电子并转化为锂离子的现象编译自:ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1424772.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1424772.htm

室温下可充钙-氧电池 复旦大学研究成果发表于《自然》主刊

室温下可充钙-氧电池复旦大学研究成果发表于《自然》主刊据了解，钙金属具有低氧化还原电位和多价性等特性，结合我国丰富的钙资源，基于金属钙的电池体系在未来的能源应用中具有广阔前景。在基于金属钙的电池中，钙-氧气电池具有最高的理论能量密度,但目前尚未实现能够在室温下稳定充放电的钙-氧气电池。其中的关键问题和挑战在于，钙金属负极具有高电化学活性，容易导致电解液被还原分解并在电极表面形成钝化层，使得钙金属负极失效；空气正极具有高电极电势，容易导致电解液氧化分解，正极电化学性能迅速衰退。目前仍难以找到一种能与钙金属负极相匹配，且能适应高电极电势空气正极的电解质，严重制约了钙-氧气电池的发展。为了解决这一挑战，团队通过系统设计溶剂、电解质盐以及电解质配比，成功制备出一种基于二甲基亚砜/离子液体的新型电解质，有效满足了电池正负极的高要求，构建了可室温工作的新型钙-氧气电池。科研人员表示，最新创建出的钙-氧气电池主要由金属钙负极、碳纳米管空气正极和有机电解质三个部分组成。电池设计不仅优化了性能和成本，也兼顾了环境的可持续性与在柔性电子设备中的应用要求。其中，金属钙负极成本较低，且具有较高理论容量，同时可进一步将金属钙负载到柔性基底上，得到柔性的金属钙负极，为实现柔性钙-氧气电池奠定了基础；新型电解质在室温下表现出高离子导率，展示了稳定的电化学特性，显著提升了电池整体安全性。据介绍，这种电池可支持室温条件下长达700次的充放电循环。团队还在此基础上成功构建出同时具有高柔性和高安全性的钙-氧气电池，可用于制备下一代可穿戴电池织物。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1418267.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1418267.htm

复旦大学发明钙-氧室温充电电池 700次充放电循环寿命

复旦大学发明钙-氧室温充电电池700次充放电循环寿命2024年2月7日，相关成果以《室温下可充钙-氧气电池》（Arechargeablecalcium-oxygenbatterythatoperatesatroomtemperature）为题，在线发表于《自然》（Nature）主刊。据介绍，在基于金属钙的电池中，钙-氧气电池具有最高的理论能量密度，但一直不能在室温下稳定充放电其中的关键问题和挑战在于，钙金属负极具有高电化学活性，容易导致电解液被还原分解，并在电极表面形成钝化层，使得钙金属负极失效；同时，空气正极具有高电极电势，容易导致电解液氧化分解，正极电化学性能迅速衰退。目前仍难以找到一种能与钙金属负极相匹配，且能适应高电极电势空气正极的电解质，严重制约了钙-氧气电池的发展。为了解决这一挑战，复旦大学团队通过系统设计溶剂、电解质盐、电解质配比，成功制备出一种基于二甲基亚砜/离子液体的新型电解质，有效满足了电池正负极的高要求，构建了可室温工作的新型钙-氧气电池。这种新型钙-氧气电池主要由三个部分构成：金属钙负极、碳纳米管空气正极、有机电解质。它不仅优化了性能和成本，也兼顾了环境的可持续性与在柔性电子设备中的应用要求。其中，金属钙负极不仅成本较低，还具有较高的理论容量，有利于全电池实现较高的能量密度。同时，可进一步将金属钙负载到柔性基底上，得到柔性的金属钙负极，为实现柔性钙-氧气电池奠定基础。电解质采用基于二甲基亚砜/离子液体体系，在室温下不仅表现出了高离子导率，还展示了稳定的电化学特性，显著提升了电池的整体安全性。正极材料则采用了较为环保的碳材料，不含昂贵的贵金属催化剂，并利用空气中的氧气作为反应物，有助于降低电池的制造成本。在室温条件下，这种新型钙-氧气电池能实现放电产物的可逆生成和分解，充放电循环寿命长达700次。在此基础上，该研究团队还成功构建出同时具有高柔性和高安全性的钙-氧气电池，为柔性电池发展提供了新思路。钙金属具有低氧化还原电位和多价性等特性，结合我国丰富的钙资源，基于金属钙的电池体系在未来的能源应用中具有广阔前景。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1416945.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1416945.htm

有效解决碳酸盐堵塞 新型高能效全固态钠空气电池问世

有效解决碳酸盐堵塞新型高能效全固态钠空气电池问世韩国浦项科技大学材料科学与工程系研究团队成功开发出一种高容量、高效率的全固态钠空气电池，无须特殊设备就能可逆地利用钠（Na）和空气。相关论文发表在最新一期《自然・通讯》杂志上。在本研究中，团队使用了一种名为NASICON的固体电解质。NASICON由钠、硅（Si）和锆（Zr）等元素组成，能在固体中进行离子移动，同时表现出很高的电化学性能和化学稳定性，有效解决了碳酸盐堵塞问题。研究人员表示，这种基于固体电解质的电池平台可在环境条件下保持稳定，提供宽电压范围，有望引领全固态金属－空气电池步入“下一代”。(科技日报)