EER 2024年第1期文章列表

1. Research Progress on the Solid Electrolyte of Solid-State Sodium-Ion Batteries（封面文章）

2. PGM-Free Biomass-Derived Electrocatalysts for Oxygen Reduction in Energy Conversion Devices: Promising Materials

3. Polyethylene Oxide-Based Composite Solid Electrolytes for Lithium Batteries: Current Progress, Low-Temperature and High-Voltage Limitations, and Prospects

4. Free-Standing Single-Atom Catalyst-Based Electrodes for CO2 Reduction

5. Solving the Singlet Oxygen Puzzle in Metal-O2 Batteries: Current Progress and Future Directions

6. Recent Advances in Redox Flow Batteries Employing Metal Coordination Complexes as Redox-Active Species

7. Electrochemical Carbon Dioxide Reduction in Acidic Media

8. Advanced Electrode Structures for Proton Exchange Membrane Fuel Cells: Current Status and Path Forward

9. Emerging Atomically Precise Metal Nanoclusters and Ultrasmall Nanoparticles for Efficient Electrochemical Energy Catalysis: Synthesis Strategies and Surface/Interface Engineering

01 封面文章

浙江钠创新能源董事长车海英博士/上海交通大学马紫峰教授最新EER综述｜固态钠离子电池固态电解质研究进展

本期封面文章通信作者为浙江钠创新能源有限公司董事长车海英博士和上海交通大学马紫峰教授，主题为“固态钠离子电池固态电解质研究进展”。

论文简介：由于钠离子电池相对便宜，近年来，其在大规模储能设备方面获得极大关注。然而，钠离子电池尚未像锂离子电池那样得到充分发展，其能量密度还比较低。使用固态电解质的固态钠离子电池比液态电池有更高的能量密度，这使其比液态电池更适用于储能系统。由于低离子导电性，固态电解质在室温条件下尚无法表现出与液态电解质相当的性能。本综述讨论了应用于钠离子电池的固态电解质的最新研究进展，包括无机固态电解质如Na–β-Al₂O₃、NASICON和Na₃PS₄，基于PEO、PVDF-HFP和PAN的聚合物固态电解质，主要由琥珀腈组成的塑性晶体固态电解质等。此外，针对目前固态电解质面临的主要问题如低离子导电性、窄电化学稳定窗口、与电极接触不良等，提出了适宜解决方案。

文章题目：

Research Progress on the Solid Electrolyte of Solid-State Sodium-Ion Batteries

作者：

Shuzhi Zhao, Haiying Che*, Suli Chen, Haixiang Tao, Jianping Liao, Xiao-Zhen Liao, Zi-Feng Ma*

图文摘要：

目录简介：

引用信息：

Electrochem. Energy Rev. 2024, 7(1), 3.

DOI：

https://doi.org/10.1007/s41918-023-00196-4 

全文链接：

https://link.springer.com/content/pdf/10.1007/s41918-023-00196-4.pdf 

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EER 2024年第1期其他文章

文章2

文章题目：

PGM-Free Biomass-Derived Electrocatalysts for Oxygen Reduction in Energy Conversion Devices: Promising Materials

作者：

Stefano Zago, Laura C. Scarpetta-Pizo,José H. Zagal *, Stefania Specchia* 

文章简介：

本文通信作者为智利圣地亚哥大学José H. Zagal教授/意大利都灵理工大学Stefania Specchia教授，主题为“用于氧还原能源转换装置中的无铂族金属生物质衍生电催化剂：前景广阔的材料”。

生物质是一种低成本、丰富且可再生的资源，可用于制造多用途的多孔碳基材料。多种合成方法可用于制备不同的具有高的比表面积和多功能化的介孔碳载体。目前，绝大部分生物质是用于能量回收。循环经济理念可以促进低成本和可持续材料的发展，以及将废料转化为宝贵资源。本文综述了生物质衍生多孔碳基材料在电化学领域的研究进展，这类材料在质子交换膜燃料电池（PEMFCs）、阴离子交换膜燃料电池（AEMFCs）和锌空气电池（ZABs）有着更广泛的应用。本文侧重于理解此类材料的必备性能及其在无铂族金属电催化剂合成中的作用。使用PEMFCs、AEMFCs和ZABs中的氧还原反应对此类最具有前景的材料进行了评估。结果显示，这些能量转换装置的预期性能仍不足以实现实际应用，特别是与其他商用的无铂族金属电催化剂相比。本综述就如何提高生物质衍生材料的实际电催化活性提出了见解。

图文摘要：

目录简介：

引用信息：

Electrochem. Energy Rev. 2024, 7(1), 1. 

DOI：

https://doi.org/10.1007/s41918-023-00197-3 

全文链接：

https://link.springer.com/content/pdf/10.1007/s41918-023-00197-3.pdf 

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文章3

文章题目：

Polyethylene Oxide-Based Composite Solid Electrolytes for Lithium Batteries: Current Progress, Low-Temperature and High-Voltage Limitations, and Prospects

作者：

Xin Su*, Xiao-Pei Xu, Zhao-Qi Ji, Ji Wu*, Fei Ma, Li-Zhen Fan*

文章简介：

本文通信作者为哈尔滨工业大学（威海）苏新教授/美国佐治亚南方大学 Ji Wu教授/北京科技大学范丽珍教授，主题为“锂电池用聚氧化乙烯基复合固态电解质：进展、低温和高压限制、前景”。

与其他能源装置相比，锂离子电池（LIBs）有着环境友好、高能量密度、几乎可忽略的记忆效应、良好的充放电速率、稳定的循环寿命以及高效电化学能源转化等优势，被认为是一种极具潜力的能源装置，可用于移动电子产品、便携性能源装置和汽车等。然而，含碳酸盐的液态电解质中的易燃易挥发有机溶剂可能会发生泄漏，导致热失控和界面反应，这极大限制了其应用。聚合物固态电解质的使用是解决这一安全问题的有效途径，其中聚氧化乙烯基固态聚合物电解质（PEO-SPEs）因其稳定机械性能、易于制备、优良电化学和热学稳定性等优势而备受关注。但是，由于室温离子导电性低、电化学窗口窄、界面稳定性差以及锂枝晶生长不可控等问题，PEO-SPEs仍无法满足未来LIBs对高能量密度的要求。本文首先阐述PEO-SPEs关键的离子传输机制和面临的挑战，随后全面综述克服这些挑战的方法，包括新型高效锂盐、添加剂、复合电解质、稳定固态电解质界面、三维锂金属和合金、阴极保护层和多层电解质等。文章最后提出了PEO-SPEs的未来研究方向，即研发在室温和高压条件下可稳定运行的PEO-SPEs，这对未来实现安全高能量密度LIBs的商业化有重要意义。

图文摘要：

目录简介：

引用信息：

Electrochem. Energy Rev. 2024, 7(1), 2.

DOI：

https://doi.org/10.1007/s41918-023-00204-7 

全文链接：

 https://link.springer.com/content/pdf/10.1007/s41918-023-00204-7.pdf 

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文章4

文章题目：

Free-Standing Single-Atom Catalyst-Based Electrodes for CO₂ Reduction

作者：

M. Nur Hossain, Lei Zhang*, Roberto Neagu, Enoch Rassachack

文章简介：

本文通信作者为加拿大国家研究委员会张蕾教授，主题为“用于CO₂还原的无支撑单原子催化剂电极”。 

电化学CO₂还原技术能够通过电化学方法将大气中的CO₂转化为燃料，从而解决CO₂引起的气候变暖问题，特别是可实现CO₂的回收利用和建立低碳排放经济体系。然而，由于CO₂分子具有高度稳定的线性结构以及涉及质子耦合多电子传输过程，电化学CO₂还原反应（CO₂RR）面临着极大挑战。因此，置于活性增强材料上的高活性催化剂以及可渗透电极对于CO₂RR至关重要。近年来，单原子催化剂（SACs）在电催化领域受到了越来越多的关注，因为它们具有潜在的高效率和低成本（每个原子都是活性中心，原子利用率接近100%），以及可调的选择性（具有比纳米粒子均匀性更高的活性位点）。然而，如何在电极内部保持SACs的可及性和活性是材料研发和电极设计面临的主要挑战。传统层状结构SAC电极通常包括气体扩散层（GDL）、微孔层（MPL）和SAC催化剂层（SACCL），采用粉末粘合工艺制成。该工艺存在分层、SACs不稳定等问题，这是由于黏合剂–催化剂–载体界面较弱的原因。与粉末粘合工艺不同，无支撑SAC电极的设计有望通过取消GDL、MPL和黏合剂而克服以上问题 。本文首先综述了传统粉末粘合工艺制备的SAC电极在实验和模拟研究中的最新进展，然后探讨了无支撑SAC电极在高效CO₂RR方面的发展。文章分析了SAC基材料及相关电极的合成-结构-制造-性能关系。此外，文章提出了CO₂RR高效SAC电极未来的发展前景和面临的挑战。

图文摘要：

目录简介：

引用信息：

Electrochem. Energy Rev. 2024, 7(1), 5. 

DOI：

https://doi.org/10.1007/s41918-023-00193-7 

全文链接：

https://link.springer.com/content/pdf/10.1007/s41918-023-00193-7.pdf 

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文章5

文章题目：

Solving the Singlet Oxygen Puzzle in Metal-O₂ Batteries: Current Progress and Future Directions

作者：

Yaying Dou, Shuochao Xing, Zhang Zhang, Zhen Zhou*

文章简介：

本文通信作者为郑州大学周震教授，主题为“解决金属氧气电池中的单线态氧难题：进展与未来”。

非质子碱性金属氧气电池的发展因其高理论能量密度而备受瞩目。然而，金属氧气电池的实际应用进程因有寄生反应而受阻，因为寄生反应使其可充电性、效能和循环寿命大打折扣。近期研究发现，高活性单线态氧（¹O₂）是导致金属氧气电池性能退化的主要原因，这引起了人们对¹O₂的关注和研究。本综述总结了有关¹O₂形成机制的最新研究进展，明确了未来需要解决的知识空白，并讨论了污染物和电池组件对¹O₂形成的影响。此外，文章还概述了关于使¹O₂失活或利用¹O₂的最新研究进展，并且阐释了这些策略背后的机制。最后，文章提出了金属氧气电池领域有关¹O₂（电）化学研究的未来挑战和机遇。

图文摘要：

目录简介：

引用信息：

Electrochem. Energy Rev. 2024, 7(1), 6. 

DOI：

https://doi.org/10.1007/s41918-023-00201-w 

全文链接：

https://link.springer.com/content/pdf/10.1007/s41918-023-00201-w.pdf 

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文章6

文章题目：

Recent Advances in Redox Flow Batteries Employing Metal Coordination Complexes as Redox-Active Species

作者：

Bin Liu, Yiju Li, Guocheng Jia*, Tianshou Zhao*

文章简介：

本文通信作者为香港科技大学贾国成教授/南方科技大学赵天寿院士，主题为“用于氧化还原液流电池的金属配合物活性物质的研究进展”。

氧化还原液流电池（RFBs）因使用可持续、丰富且结构可调的氧化还原活性物质，在大规模能源存储方面有极大应用前景。作为一类重要的氧化还原活性物质，兼具有机配体和过渡金属离子中心特性的金属配合物（MCCs）受到越来越多的关注，因其具备多电子传输、结构高度可调和可减少材料交叉等优势。本文全面综述了在水性和非水性介质中使用MCCs作为氧化还原活性物质的RFBs；总结了MCCs的最新研究进展，包括设计策略、溶解特性、电化学性能和电池循环性能等；重点强调了有机配体的选择以及MCCs关键性能的优化策略，涉及氧化还原电位、溶解度、循环稳定性和电子转移氧化还原反应等，这对实现循环稳定和具有高能量密度的RFBs具有重要意义；最后，提出了基于MCCs的RFBs在大规模能源存储方面所面临的挑战和未来发展前景。

图文摘要：

目录简介：

引用信息：

Electrochem. Energy Rev. 2024, 7(1), 7. 

DOI：

https://doi.org/10.1007/s41918-023-00205-6 

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文章7

文章题目：

Electrochemical Carbon Dioxide Reduction in Acidic Media

作者：

Zhe Yao, Xiaomeng He, Rui Lin*

文章简介：

本文通信作者为同济大学林瑞教授，主题为“酸性介质中的二氧化碳电化学还原”。

二氧化碳电化学还原 （CO₂RR） 是一种生产基础化学品和原料、储存清洁电能和减缓温室气体排放的最具前景办法。近年来，CO₂RR研究取得了显著突破，其性能有所提高，并从实验室开始走向工业化。然而，CO₂RR的发展并非一帆风顺，面临着诸如传质限制、盐积累以及液泛现象等挑战。近期研究揭示在酸性介质中进行CO₂RR是一种具有前景的途径，可有效克服以上挑战并提供新的机遇。本综述重新评估了H型电池和液流电池，并深入探讨了它们的机遇、挑战、优势和劣势；此外，汇总了酸性条件下的CO₂RR的最新研究进展，阐释了相关性能指标和研究策略；随后，提出了酸性CO₂RR中的三个关键问题：①平衡CO₂RR与析氢反应（HER）之间的竞争，②提高选择性，③探索工业应用；最后，深入研究了影响酸性CO₂RR性能的核心因素：局部pH值、阳离子效应和催化剂设计。基于这些策略、挑战和见解，文章提出了CO₂RR的未来发展前景。

图文摘要：

目录简介：

引用信息：

Electrochem. Energy Rev. 2024, 7(1), 8. 

DOI：

https://doi.org/10.1007/s41918-024-00210-3 

全文链接：

https://link.springer.com/content/pdf/10.1007/s41918-024-00210-3.pdf 

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文章8

文章题目：

Advanced Electrode Structures for Proton Exchange Membrane Fuel Cells: Current Status and Path Forward

作者：

Gaoqiang Yang, ChungHyuk Lee, Xiaoxiao Qiao, Siddharth Komini Babu, Ulises Martinez, Jacob S. Spendelow*

文章简介：

本文通信作者为美国洛斯阿拉莫斯国家实验室Jacob S. Spendelow教授，主题为“质子交换膜燃料电池先进电极结构：现状与未来”。 

质子交换膜燃料电池（PEMFCs）已被证实在清洁能源领域有重要应用前景。然而，传统PEMFC电极，特别是阴极电极，由于组件随机分布和传输路径曲折，存在催化剂利用率低和物质传输缓慢等问题。研发在一定尺度上电极结构可控的替代架构，为克服以上限制提供了机遇。本文全面综述了先进电极结构的最新研究进展，并按从毫米尺度到纳米尺度的递减进行了梳理。先进电极结构根据特定功能可分为五种特定架构：（1）用于增强宏观质量传输的宏观图案电极；（2）用于增强微观尺度质量传输的微图案电极；（3）用于增强平面内质子传输和垂直氧传输的具有纤维形态的电纺电极；（4）通过选择性包含空隙空间来改善氧传输的高孔隙率电极；（5）用于消除碳腐蚀和离聚物中毒的催化剂电极。文章汇总了每种替代电极结构的PEMFC性能结果，并与传统电极结构的结果进行了比较。此外，文章分析和讨论了新型电极结构性能提高的机制；最后，概述了该领域当前面临的挑战以及未来发展需求，为下一代PEMFC电极结构的研发提供了指导。

图文摘要：

目录简介：

引用信息：

Electrochem. Energy Rev. 2024, 7(1), 9.

DOI：

https://doi.org/10.1007/s41918-023-00208-3 

全文链接：

https://link.springer.com/content/pdf/10.1007/s41918-023-00208-3.pdf 

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文章9

文章题目：

Emerging Atomically Precise Metal Nanoclusters and Ultrasmall Nanoparticles for Efficient Electrochemical Energy Catalysis: Synthesis Strategies and Surface/Interface Engineering

作者：

Mingjie Wu, Fang Dong, Yingkui Yang, Xun Cui, Xueqin Liu, Yunhai Zhu, Dongsheng Li, Sasha Omanovic*, Shuhui Sun*, Gaixia Zhang*

文章简介：

本文通信作者为加拿大麦吉尔大学Sasha Omanovic教授/加拿大国家科学研究院孙书会院士/加拿大魁北克大学张改霞教授，主题为“用于高效电化学能源催化的新兴原子级精准金属纳米团簇和超小纳米颗粒：合成策略及表面/界面工程”。

原子级精准金属纳米团簇和超小纳米颗粒催化剂因具有独特的几何和电子结构在电催化领域受到广泛关注。纳米团簇的尺寸处于单原子催化剂（SACs）和纳米颗粒之间，具有低核性和特定金属价态，能为反应物/中间产物的吸附和转化提供多原子或表面位点。纳米团簇独特的催化性能为设计高效电催化剂提供了新的机遇，由此设计的电催化剂的性能在某些特定催化反应中有可能超过SACs催化剂。本文综述了纳米团簇和超小纳米颗粒在各种电催化应用中的最新研究进展，包括氧还原反应（ORR）、析氧反应（OER）、二氧化碳还原反应（CO₂RR）、氮还原反应（NRR）、析氢反应（HER）以及各种化学氧化反应（COR）等。特别地，本文从原子层面出发强调了表面/界面化学修饰策略和结构-性能关系。最后，提出了纳米团簇和超小纳米颗粒电催化剂所面临的挑战和未来发展机遇。

图文摘要：

目录简介：

引用信息：

Electrochem. Energy Rev. 2024, 7(1), 10. 

DOI：

https://doi.org/10.1007/s41918-024-00217-w 

全文链接：

https://link.springer.com/content/pdf/10.1007/s41918-024-00217-w.pdf 

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2018年6月，经过激烈角逐（87选20），EER成功入选由中国科协、财政部、教育部、国家新闻出版署、中国科学院、中国工程院等六部门联合实施的中国科技期刊国际影响力提升计划D类项目，进入新刊国家队阵列。

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原文：EER编辑部

编辑：全海芹

初审：全海芹、陈昕伊

复审：何晓燕

终审：刘志强

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