温馨提示：本推文包含20篇文献，预计阅读时间约20min，大家挑感兴趣的关注。p.s.文末会附有过去三周周报链接。
1.Advanced materials：Pb-I6八面体使CsPbI3具有高相稳定性，可用于高效的无机钙钛矿光伏发电
CsPbI3无机钙钛矿表现出一些特殊的性能，特别是晶体结构畸变和量子限制效应，但CsPbI3较差的相稳定性严重阻碍了其应用。在此，从PbI6八面体的角度揭示了光活性CsPbI3相变的性质。还开发了一种简便的方法来稳定光敏相并降低CsPbI3的缺陷密度。CsPbI3用多功能的4-氨基苯甲酸（ABA）修饰，然后使用空间新溴化新斯的明（NGBr）进一步介导薄膜表面（NGBr-CsPbI3（ABA））。吸附在CsPbI3晶界/表面上的ABA或NG阳离子通过增加八面体旋转的能垒来固定PbI6八面体，从而保持角共享PbI6八面体的连续阵列并在动力学上稳定光敏相CsPbI3。
此外，添加的ABA和NGBr不仅与CsPbI3中的浅层或深层缺陷相互作用，从而大大降低了缺陷密度，而且还改善了CsPbI3与电荷传输层之间界面的能级排列。最后，冠军的基于NGBr‐CsPbI3（ABA）的无机钙钛矿太阳能电池可提供18.27％的效率和出色的稳定性。总体而言，这项工作展示了一个有前途的概念，可以实现具有高度相稳定的无机钙钛矿，且其缺陷密度得到抑制，从而促进了其光电应用。
原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202070185
2.Advanced Energy Materials：Ruddlesden-Popper钙钛矿:二维Ruddlesden-Popper钙钛矿太阳能电池的能量学和能量损失
2D Ruddlesden-Popper钙钛矿（RPP）由于其出色的稳定性和竞争效率，正在成为3D钙钛矿的潜在挑战者。但是，关于二维RPP的能量学的基本问题尚未得到很好的理解。在此，（PEA）2(MA)n -1PbnI3n+1 /[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯（PCBM）处的能级以n值为1，3，5，40，和∞被系统地研究。发现在2D RPP界面（n = 3、5和40）形成n-n结，而不是在纯2D和3D场景（n=1和∞）中形成p-n结。跨乙基碘化铵配体的电势梯度会显着降低表面功函数，促进光生电荷载流子的分离，同时电子会从钙钛矿晶体转移至界面处的配体，从而减少电荷复合，从而使能量损失最小，开路率最高钙钛矿型太阳能电池（PSC）中的电压（Voc）基于2D RPP（n = 5）/PCBM。通过在PSC中的纯3D钙钛矿和PCBM之间插入薄的2D RPP覆盖层，进一步验证了该机制，从而使Voc明显增加了94 mV。通过Mott-Schottky分析进行的电容电压测量表明，这种Voc的提高归因于界面电位的提高。
原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/aenm.202070101
3.JACS： 光化学相变可实现光子能量和环境热量的共同捕获，从而可用于升级热能的高能分子太阳能热电池
发现从环境中同时收集多种形式能源的理化原理将推动当前的可持续能源技术的发展。在这里，我们探讨了光化学相变（一种光化学-热物理耦合机制），用于共同收集太阳能和热能。特别是，我们证明了光子能量和环境热量可以一起存储并作为高温热量按需释放，这是由工程化分子光开关的室温光化学晶体-液体转变实现的。将两种形式的能量集成到单组分分子材料中，能够分别提供超过仅基于分子光异构化或相变的传统太阳能或热能存储系统的能量容量。
重要的是，光化学熔融过程中收集到的低熔点亚稳态异构体液体中收集的环境热量可以通过高熔点母体异构体的重结晶作为高温热量释放。这表明，在这种混合能源系统中，光子能驱动热能的升级。合理设计的小分子偶氮开关可实现0.3-0.4 MJ/kg的高重量能量密度，并具有长期存储稳定性。制造了可再充电的太阳能热电池装置，其在光触发后在周围环境中提供的重量功率密度约为2.7 kW/kg，温度升高>20oC。我们进一步展示了它们作为除冰涂料的用途。我们的工作展示了一种能源利用的新概念-将太阳能和低品位热量合并为高品位热量，这释放了开发由自然阳光和环境热结合提供动力的可持续能源系统的可能性。
原文链接： https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.0c03748
4.Advanced Functional Materials：用于所有打印的高压微超级电容器的可打印金属电流收集器:通过闪光烧结反应进行瞬时表面钝化
最近，可按需在集成电路中实现的可打印电源已受到广泛关注，以促进下一代，无外形尺寸的小型电子系统的发展。在各种储能单元中，具有平面内设备架构的固态微型超级电容器被认为是可行的候选产品，其特点是循环寿命长，高频响应快，充电/放电速率快。然而，由于缺乏可维持高压条件的可印刷集电器材料，迄今为止，几乎没有高性能，全印刷的微型超级电容器的报道。在这项研究中，提出了一种包含Ni纳米颗粒，Ni薄片和光敏聚合物聚乙烯吡咯烷酮的多维可印刷颗粒混合物。通过闪光烧结工艺，在10−3 s的时间范围内，形成具有导电表面钝化层的高导电印刷金属集电器。
结果表明，所得的金属集流体在基于碳电极的设备中在高达3 V的电压下稳定，从而能够制造面能量密度为79-23的全印刷固态微型超级电容器面功率密度为0.4-12.8 mW cm-2时。可以简单地使用数字可编程打印过程按需生成任意设计的设备电路，而无需合并其他互连线。
原文链接： https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.202070158
5. Advanced Functional Materials：用CaI2作为掺杂剂在低温下制备弯曲的3D-CsPbI3薄膜，实现高效钙钛矿太阳能电池
无机立方CsPbI3钙钛矿（α-CsPbI3）由于其热稳定性和合适的1.73 eV带隙而被广泛用于钙钛矿太阳能电池（PSC）。但是，α-CsPbI3通常需要较高的合成温度（>320°C）。此外，它通常会经历相转变为非钙钛矿结构相（β-CsPbI3），从而导致器件的光电性能较差。在这项研究中，首先发现可以在低温（60°C）下通过固溶过程制备曲折的3D CsPbI3相（γ-CsPbI3）并将其用于PSC。 γ-CsPbI3具有1.75 eV的合适带隙和良好的光电性能。但是，γ-CsPbI3是亚稳相，在环境湿度下很容易转变为β-CsPbI3。为了提高γ-CsPbI3的稳定性，使用半径相对较小的100 pm钙离子（Ca2+）来部分替代铅离子（119 pm）。这项研究证明，Ca2+可以有效提高室温下γ-CsPbI3的稳定性。通过优化Ca2+的掺杂浓度（CsPb1-x Cax I3，x从0％到2％），掺杂Ca2+的γ-CsPbI3PSC可以实现无滞后的J-V曲线和最大功率转换效率（PCE）为9.20％。
原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202003401
6. PNAS：用于稀释电解质锂硫电池的化学稳定硫正极
锂硫电池（LSB）由于具有高的能量密度，低成本，易得，无毒且硫的可持续性高，因此有望成为下一代可充电电池。然而，多硫化物在电解质中的溶解以及锂负极的库仑效率低，需要过量的电解质和锂金属，这大大降低了锂硫电池的能量密度。准固态锂硫电池可以将硫包裹在碳基质的微孔中并通过固体电解质界面进行密封，可以在稀释的电解质条件下运行，但碳基质中的硫含量较低（<40 wt％），硫的单位化程度较低（ <70％）限制了电池的能量密度。
在这里，通过C–S和O–S的强烈化学相互作用将硫以分子水平分散在富氧的致密碳主体中，从而将碳中的硫负载量提高至60 wt％，并将硫利用率提高至〜87％。在全氟化的有机稀释电解液中，C / S正极在第一次深度锂化过程中形成固体电解质中间相后经历了固态锂化/脱锂反应，完全避免了穿梭反应。化学稳定的C / S复合材料在贫电解质条件下可保持200次循环，比容量为541 mAh·g-1（基于C / S复合材料的总重量），相当于974 974 Wh⋅kg−1的高能量密度。化学键稳定的C / S复合材料的优异电化学性能使其成为用于高能量和长寿命锂硫电池的有希望的正极材料。
原文链接：https://www.pnas.org/content/early/2020/06/11/2006301117
7. Science Advance：电池负极上金属镀层的自发和场致晶体重新取向
当代关注的金属负极（例如，Li，Al，Na和Zn）在电池充电期间易于形成非平面的枝晶形态的趋势是实现电池完全可逆性的障碍。通过实验研究了锌，铜和锂的枝晶电沉积的起源，该电极在一端由旋转圆盘电极界定的三电极电化学电池中。研究发现，离子消耗引起的枝晶生长的现象在稀释的电解质中是有效的，但与通常用于可再充电电池的高浓度（≥1 M）电解质无关。以锌为例，研究发现，从平行于电极表面的取向到主要的同向取向，锌晶粒的自发重定向可以克服在质量传输极限处的离子损耗，这似乎有利于与层外的阳离子接触。这种趋化的过程会导致明显的织构，增加金属电沉积的孔隙率。
原文链接：https://advances.sciencemag.org/content/6/25/eabb1122
8. Advanced Energy Materials ：非晶化的二氧化钒表面助力钾离子电池
考虑到低成本，电解质中快速的离子迁移和高工作电压的优点，钾离子电池（PIB）是锂离子电池的有前途的替代品。然而，开发能够可逆地容纳钾离子的合适的电极材料是巨大的挑战。在这里，以密度泛函理论（DFT）计算为指导，证明了通过VO2（B）纳米棒（SA-VO2）的表面非晶化进行界面工程化的策略，该策略导致了晶体核/非晶壳异质结构的形成，作为钾离子电池的负极，在大容量，出色的速率性能和长周期稳定性方面实现了卓越的钾离子存储性能。 DFT计算表明，在SA-VO2中创建的晶体/非晶异质界面可以大大降低表面能，缩小带隙，并降低VO2（B）的钾离子扩散势垒。这些条件可以增强钾离子的存储容量和快速的钾离子/电子转移，从而实现大容量和出色的速率能力。利用原位X射线衍射和原位透射电子显微镜，再结合非原位显微和光谱技术，揭示出优异的循环稳定性源于SA-VO2在以上条件下具有优异的相可逆性，可忽略的应变响应和强大的机械性能。
原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/aenm.202000717
9. Energy & environmental science：宽温度锂金属电池的液化气电解质
下一代高能电池的发展要求电解质既要与锂金属负极兼容，又要能在宽温度范围内提供高功率的高压正极。在这里介绍了一种基于氟甲烷的液化气电解质，其中含有*腈乙**助溶剂，且盐浓度更高且 实用 。在分子动力学模拟中观察到并经实验证实的独特溶剂化结构不仅显示了在+ 20°C时离子电导率提高了9.0 mS·cm-1，而且锂转移数高（tLi+= 0.72）。在-78至+ 75°C的温度下观察到优异的电导率（> 4 mS·cm-1），首次证明了在氟甲烷临界点以上的操作。液化气电解质还具有出色的锂金属稳定性，在3 mA·cm-2和3 mAh·cm-2的侵蚀性条件下，在200个循环中具有99.4％的高平均库仑效率。此外，即使在-60°C的条件下，在液化气电解质中也可以看到具有理想的锂衬底接触的密集锂沉积。归因于优异的电解质性能以及正极和负极上的稳定界面，锂金属负极和Li / NMC全电池（高达4.5 V）的性能在-60至+ 55°的宽温度范围内都能得到很好的容量稳定性。这项研究为宽温度电解质设计提供了一条途径，以使高能量密度锂金属电池能够在-60至+ 55°C的温度范围内工作。
原文链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/ee/d0ee01446j#!divAbstract
10. Angew：用于智能锌离子电池的热控聚合物电解质
智能自我保护对于储能设备的安全性至关重要。但是，基于溶胶-凝胶过渡电解质的常规策略通常会遭受不稳定的自恢复性能。在此，基于热控聚（N-异丙基丙烯酰胺）（PNIPAM）水凝胶电解质的智能隔膜被开发用于可再充电锌离子电池（ZIBs）。这种基于PNIPAM的隔膜不仅显示出孔结构从打开状态到闭合状态的演变，而且还显示出当温度升高时，表面的润湿性从亲水性转变为疏水性。这可以抑制电解质离子穿过隔膜的迁移，从而实现锌离子电池在高温下的自我保护。此外，由于温度依赖的结构演化和亲水/疏水转变的可逆性，即使在多次加热/冷却循环后，热行为也是高度可逆的。这项工作将为设计具有安全且可控的能量输送的热响应型储能设备铺平道路。
原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202007274
11. Nature Nanotechnology: 约瑟夫森相电池
传统的电池将化学能转换成持续的电压偏差，从而为电子电路供电。类似地，相位电池是一种量子器件，它为量子电路的波函数提供持续的相位偏置。它代表了基于相位相干的量子技术的一个关键元素。在这里，作者们演示了一种混合超导电路中的相位电池。它由一个n掺杂的InAs纳米线组成，该纳米线具有未配对的自旋表面态，并且被Al超导引线所接近。他们发现，未配对自旋态的铁磁极化有效地转化为导线上的持续相位偏压φ0，从而导致反常的约瑟夫森效应。他们应用外部平面内磁场，从而实现φ0的连续调谐。因此，可以对量子相电池进行充放电。矢量磁场中反常约瑟夫森效应的对称性与他们的理论模型一致。结果表明，自旋-轨道耦合和交换相互作用的共同作用导致了电荷、自旋和超导相之间的强耦合，从而破坏了系统的相刚度。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41565-020-0712-7
12. Energy & Environmental science: 500℃时功率为13 W的多尺度结构低温固体氧化物燃料电池
低温固体氧化物燃料电池（LT-SOFC）作为一种新一代燃料电池，在650℃以下的应用引起了人们的关注。尽管在开发这种燃料电池方面已经付出了很大的努力，但要满足确保实际运行的所有要求，如功率输出和耐久性，仍然是一个挑战。在这里，研究者们通过大面积陶瓷微图案化和薄膜沉积展示了4cm×4cm多尺度结构的LT-SOFC，在500°C下，每个电池具有13W的高功率输出。他们的电池表现出良好的长期稳定性，性能退化率小于0.05%/500 h。定量的微观结构和电化学分析表明，与参考平面电池相比，所提出的电池显著降低了欧姆和极化损耗。
原文链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/ee/d0ee00870b#!divAbstract
13. Angew.: 润湿现象及其对金属锂电极电化学性能的影响
含有交联聚合物电解质（PEs）的锂金属电池（LMBs）是下一代电池的理想选择。然而，PEs在非均匀Li金属表面的润湿行为在大多数研究中被忽略。研究结果表明，在润湿性依赖的电沉积过程中，具有弯曲边缘的微尺度缺陷位置起着重要作用。将PEs的润湿性与粘弹性性质联系起来，区分了润湿性对Li-PE界面附近成核扩散的影响。结果表明，边缘曲率是决定润湿现象的主要因素。微尺度缺陷的出现和相分离是不稳定形核的主要原因。
原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202001816
14. Angewnadte: Li-O2/CO2电池中CO2化学反应的稳定效应
锂（Li）空气电池具有极高的理论比能量，然而，即使在纯氧（O2）中，传统的有机电解质和碳阴极对反应中间产物，特别是O2的脆弱性，以及锂金属负极的腐蚀性氧化和裂纹/粉化，导致锂空气循环稳定性差电池。更糟糕的是，据报道空气中的水和/或二氧化碳会带来更严重的寄生反应和安全问题。因此，在纯O2方面取得了很大的改进，使得车载纯氧供应系统成为实用锂空气电池的必然，不仅降低了整个系统的能量密度，而且使系统复杂，生产和维护费用昂贵。因此，实现这些系统在露天环境中应用的最终目标是一个很高的要求。与之前的观点相反，作者们发现CO2可以提高负极和电解液的稳定性，并由此开发出一种高性能的二次充锂CO2电池。引入的CO2不仅有利于Li负极上钝化保护膜的原位形成，而且通过捕获O2抑制了电解液和正极的副反应。此外，正极Pd/CNT催化剂能有效地调节产物形貌，催化Li2CO3的分解，从而延长电池寿命。同时解决了锂氧电池充电性能差、碳正极、液体电解质和锂负极不稳定等瓶颈问题，使设计的锂氧电池达到6628 mAh g-1的放电容量和715次循环的长寿命，甚至优于纯锂氧电池。
原文链接： https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202006303
15. JACS: 用拉曼光谱法研究空间分辨率为埃的单晶电极双层中的电场分布
双电层是电化学反应中极其重要的界面区域，是电化学和表面科学中重要的研究课题。然而，直接测量双层中界面电场具有很大的挑战性。本文利用电化学共振拉曼光谱和理论计算研究了具有自组装单分子膜的原子平面单晶Au(111)电极中的电场分布。这是通过一系列氧化还原活性分子与4,4 -双吡啶胺部分拉曼标记在不同的、精确控制、距离电极表面的距离来实现的。研究发现，探针分子的电场和偶极子运动直接影响其拉曼信号强度，进而可以用来绘制界面的电场分布。同时，通过改变电解质阴离子浓度，发现拉曼强度随着电场强度的增加而减小。相邻拉曼标记之间的距离约为2.1 Å。从而实现了电极-电解液界面电场分布映射的埃级空间分辨率。
原文链接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.0c05162
16. ACS Energy Letter 大导带能量偏移是无机钙钛矿太阳电池高填充因子的关键
SnO2作为一种电子选择接触材料（ESC），在有机-无机钙钛矿太阳能电池（OPSCs）中具有20%以上的效率，并被广泛应用于钙钛矿串列太阳能电池中，但很少有人研究其在无机钙钛矿太阳能电池（IPSCs）中的可行性。具有1.7-2.0 eV宽禁带的无机钙钛矿有望成为串联结构中顶部电池的候选材料，基于SnO2-ESC的IPSCs的开发将在很大程度上有利于其未来集成到串联太阳能电池中。本文将SnO2与常见的TiO2进行了比较。研究发现，尽管SnO2与无机钙钛矿具有良好的能量取向，并且呈现出较慢的非辐射复合，但相对较低的导带最小能量偏移限制了有效的电荷提取。相比之下，具有约400 meV大能量偏移的TiO2-ESC导致带隙为1.93 eV的IPSCs具有78.7%的高填充系数和14.2%的最新效率。本文推测，SnO2-ESC在OPSCs和IPSCs中的光伏性能差异可能是由于无机钙钛矿的激子结合能较高所致。本文最后提出了克服这一障碍的策略。
原文链接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsenergylett.0c00980
17. ACS Energy Letter 高效稳定的Tin基钙钛矿太阳能电池的配体定向诱导晶格鲁棒性
低毒锡基钙钛矿材料在光伏发电领域具有巨大的应用潜力。然而，Sn2+容易氧化成Sn4+，在钙钛矿薄膜中产生了大量的Sn空位和p型掺杂。此外，快速结晶容易导致薄膜形貌差、缺陷浓度高。在本研究中，发展了一种通过氟苯胺异构体介质的成膜策略，实现了Sn2+氧化的同时限制和结晶的调节。与双向和垂直配位体相比，表面呈单向弯曲结构的邻氟配位体对Sn空位的形成有更好的限制，有助于提高晶格的稳定性。经2-F-PEA改性后的钙钛矿型太阳能电池（PSC）器件在1600小时光老化试验中的效率衰减小于15%，PCE为10.17%（认证为8.58%）。研究结果为提高锡基PSCs的效率和稳定性提供了新的途径。
原文链接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsenergylett.0c00960
18. Nature energy 具有光驱动可调光传输和功率转换效率的光致变色染料敏化太阳能电池
半透明光伏仅允许制造具有在制造过程中固定的光透射率的太阳能电池，这导致了透明度和效率之间的权衡。对于建筑物中半透明装置的集成，理想情况下，太阳能电池应在为用户提供舒适性的同时，根据日光强度自动调节其光传输。本文报道了一种基于施主-π-共轭桥-受体结构染料的光致变色染料敏化太阳能电池（DSSCs），其中π-共轭桥被二苯基萘吡喃光致变色单元取代。DSSCs在辐照时显示出颜色的变化和自调整的透光率，并且显示出高达4.17%的功率转换效率。染色-脱色过程是可逆的，这些DSSCs在50天内是稳定的。本文还报告了半透明的光电色变微型模块（有效面积为14cm2），着色后的最大功率输出为32.5mW。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41560-020-0624-7
19. Nature Materials 晶粒取向工程设计的多层陶瓷电容器应用于储能
介电陶瓷具有放电速度快、抗疲劳性能好等优点，在电子系统中有着广泛的应用前景。然而，低击穿电场导致的低能量密度导致了低的体积效率，这是介电陶瓷实际应用的主要挑战。本文提出了一种通过控制晶粒取向来提高多晶陶瓷的击穿电场从而提高其储能密度的方法。制备了高质量的织构化Na0.5Bi0.5TiO3Sr0.7Bi0.2TiO3（NBT-SBT）陶瓷，其中电场引起的应变显著降低，导致失效概率降低，Weibull击穿强度提高，约为103MVm−1，与随*定位机**的同类相比，提高了约65%。织构化NBT-SBT多层陶瓷的可恢复能量密度高达21.5Jcm-3，优于目前最先进的介电陶瓷。本研究为设计高击穿强度的介电陶瓷提供了一条新的途径，可望为高击穿强度介电陶瓷如高压电容器、电致热固态冷却装置等的广泛应用提供有益的参考。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41563-020-0704-x
20. ACS Energy Letter 钙电解液电流密度依赖性电镀：从球状到树枝状
包括基于Ca，Mg，Al等的多价阳离子可再充电电池作为性能超越锂离子电池的候选者已经引起了相当大的兴趣。近年来，可再充电钙电池的电解液成分得到了广泛的应用，但是，对钙的镀覆和剥离行为以及不利的枝晶生长机理的深入研究还不成熟。本工作通过原位透射电子显微镜，实时捕捉了钙的成核、生长、溶解和死钙的形成过程，论证了电流密度和固体电解质界面层对镀层形貌的控制作用。特别是界面对钙沉积形态有影响，在非预期条件下会导致钙枝晶生长。这些观察结果使我们能够提出一个模型来解释可逆和高效钙电镀的首选条件。
原文链接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsenergylett.0c01153