因而，良行理情對電極材料策略的研究是提升水系電池整體性能和實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的重中之重。申請專利10余項，為處已授權(quán)2項。此外，通報得益于低成本、通報組裝工藝簡便、安全可靠和環(huán)境友好等優(yōu)勢，水系電池在消費電子設(shè)備、智能傳感、柔性電池和大規(guī)模儲能等領(lǐng)域均表現(xiàn)出較大的應(yīng)用潛力。

然而，國網(wǎng)供鋰離子電池的巨大優(yōu)點并沒有掩蓋其固有的不足，國網(wǎng)供包括由于易燃有機電解質(zhì)引起的安全隱患和化學毒性，以及由于鋰資源稀缺引起的高成本，從而在商業(yè)化方面帶來了巨大挑戰(zhàn)。湖南該成果以題為IntrinsicStructureModificationofElectrodeMaterials?forAqueousMetal-IonandMetal-AirBatteries發(fā)表在Adv.Funct.Mater.上。

【圖文導(dǎo)讀】圖1.水性金屬離子電池和金屬空氣電池中本征結(jié)構(gòu)修飾的示意圖圖2.水系金屬離子電池的陽離子空位設(shè)計a）Co-Mn-O材料的中子全散射和對分布功能（PDF）分析b）由四方尖晶石Co1.21Mn1.75O3.72和層狀水鈉錳礦K0.05MnO2·H2O組成的雙相Co-Mn-O的晶格結(jié)構(gòu)c）通過CV掃描獲得的Co-Mn-O材料的原位XRD圖譜d）在1mNa2SO4電解質(zhì)中以1mV/s的掃描速率，電力將雙相Co-Mn-O材料的CV掃描從-0.5到1.1V進行兩個循環(huán)e）在2至20A/g的電流密度下電極容量與循環(huán)次數(shù)的關(guān)系f）已開發(fā)的3DZMO尖晶石骨架中Zn2+插入/提取的示意圖g）在沒有和有錳空位的ZMO尖晶石中代表的Zn2+擴散通道h）GITT曲線和ZMO/C和ZMO+C電極的Zn2+擴散系數(shù)圖3.?水系金屬空氣電池的陽離子空位設(shè)計a）形態(tài)和結(jié)構(gòu)演變過程的示意圖b-c）Li(Ni0.2Co0.6Mn0.2)O2和De-Li(Ni0.2Co0.6Mn0.2)O2的HAADF-STEM圖像，電力并且晶體中的Li空位標記為黃色圓圈d-e）原始Li(Ni0.2Co0.6Mn0.2)O2和De-Li(Ni0.2Co0.6Mn0.2)O2的OER和ORR自由能圖f）脫鋰前后Li(Ni0.2Co0.6Mn0.2)O2和De-Li(Ni0.2Co0.6Mn0.2)O2的長期性能比較g）作為空氣陰極的雙功能De-Li(Ni0.2Co0.6Mn0.2)O2催化劑在5mA/cm2下的充放電循環(huán)性能h）雙功能De-Li(Ni0.2Co0.6Mn0.2)O2催化劑在200mA/cm2下與IrO2/C和Pt/C相比的充放電極化曲線圖4.水系金屬離子電池的陽離子空位設(shè)計a-d）p-VO的電荷分布和結(jié)構(gòu)圖，Od-VO的電荷分布和結(jié)構(gòu)圖e-f）GITT曲線和p-VO和Od-VO電極的Zn2+擴散系數(shù)比較g）充放電循環(huán)后，Od-VO和p-VO電極在掃描速度為0.2mV/s時的CV曲線h）Od-VO在電流密度為0.2至5A/g時的充電/放電曲線i）在各種電流密度下Od-VO和p-VO的速率能力和相應(yīng)的庫侖效率（CE）j）Od-VO和p-VO在200mA/g和相應(yīng)的CE下可循環(huán)200次圖5.?水系金屬空氣電池的氧空位設(shè)計a-b）O2和HO2在不同表面上的吸附構(gòu)型c）鋁空氣電池的示意性配置d）原始MnO2和A-MnO2的開路電壓曲線比較e）放電極化曲線和相應(yīng)的功率密度f）基于原始MnO2和A-MnO2催化劑的Al-空氣電池在100mA/cm2的電流密度下的長期耐用性g）由鋁制空氣電池供電的兩個系列的65個SJTU形狀的LED圖6.金屬離子預(yù)嵌入（單價水系金屬離子電池）a）ac-KxV2O5的示意圖，在V2O5雙層之間具有較大的層間間隔以K0.25V2O5·nH2O分子為支柱b）層間間距小的正交V2O5c）分層KxV2O5的XRD圖d）具有雙相納米結(jié)構(gòu)的分層KxV2O5（x=0.25）的HRTEM圖像e-f）分層KxV2O5的結(jié)晶區(qū)和非晶區(qū)的FFT模式g）基于3D雙連續(xù)納米多孔Au電流集電極的水性K+離子微電池的結(jié)構(gòu)圖h-j）V-MnAR-PIMB水溶液和其他可充電堿金屬離子水溶液的堆容量，自放電性能以及堆能量和功率密度比較圖7.金屬離子預(yù)嵌入（多價水系金屬離子電池）a）NVO納米線的高分辨率TEM圖像和插圖中的SAED圖案b）由Na，V和O元素組成的NVO納米線的SEM-EDX映射圖像c）NVO納米線的XRD圖案和晶體結(jié)構(gòu)d-e）不同充電/放電狀態(tài)下NVO電極的異位XRD圖譜以及在0.2A/g時的相應(yīng)恒電流充放電曲線f）NVO在1.0A/g下可進行1000次循環(huán)的長循環(huán)性能g）所獲得的Ni0.25V2O5·H2O的HRTEMh）由通道I和II組成的Ni0.25V2O5·H2O的B3LYP-D3計算結(jié)構(gòu)i）Ni0.25V2O5·H2O陰極在電流密度為0.2至5A/g時的恒電流充放電曲線圖8水分子預(yù)嵌入（單價水系金屬離子電池）a）具有部分和完全水合無序條件的KVO的中子PDFb）通過擬合PDF分析對（i）部分水合KVO和（ii）全水合KVO的精制結(jié)構(gòu)c）（i）無序KVO納米片和（ii）有序KVO材料在三個CV循環(huán)中以1mV/s的掃描速率的原位XRD光譜等高線圖d）5000次充/放電循環(huán)的KVO庫侖效率圖9.?水分子預(yù)嵌入（多價水系金屬離子電池）a）原始VOG，分別充電至1.3V和放電至0.2V后的VOG的晶體結(jié)構(gòu)圖b）VOG，VOG-350和VOG-350空氣的粉末XRD圖c）制備的VOG在60mA/g時的充放電曲線d）VOG和VOG-350在0.3至30A/g的各種電流密度下的速率能力e）VOG和VOG-350在6A/g下的循環(huán)性能f）cw-MnO2的XRD圖譜和（插圖）晶體結(jié)構(gòu)g-h）各種放電和充電狀態(tài)下cw-MnO2的XANES光譜圖10.具有擴展插層結(jié)構(gòu)的聚苯胺（PANI）插層MnO2納米層a）具有擴展插層結(jié)構(gòu)的聚苯胺（PANI）插層MnO2納米層的示意圖b）PANI插入的MnO2納米層的高分辨率TEM圖像c-d）PANI插入的MnO2納米層的異位X射線粉末衍射（XRD）圖和從a中選擇的異位XRD圖（對應(yīng)于在c中以3、10、13和19表示的XRD圖）e）顯示H+和Zn2+順序插入的示意圖f）在200至3000mA/g的各種電流密度下插入PANI的MnO2的速率性能g）在200mA/g的電流密度下插入PANI的MnO2的循環(huán)性能圖11.PEDOT插層NVO層材料a）PEDOT插層NVO層材料的制備過程示意圖b-c）NVO樣品和PEDOT-NVO樣品的HRTEM圖像d-f）在第二個循環(huán)的放電和充電狀態(tài)下PEDOT-NVO陰極的異位XRD圖案，以及選定區(qū)域中包含的圖案的相應(yīng)放大g）NVO和PEDOT-NVO的速率為0.2A/g時的充放電曲線h）在0.05至10A/g的不同電流密度下相應(yīng)電極的速率能力i）NVO和PEDOT-NVO以0.2A/g的循環(huán)性能比較j）在插入Zn2+之前和之后引入PEDOT的NVO優(yōu)化結(jié)構(gòu)圖圖12.金屬元素摻雜（水系金屬離子電池）a）電化學過程中CoFe(CN)6骨架中可逆Zn2+嵌入/去嵌入的示意圖b）CoFe(CN)6的Rietveld精煉結(jié)果c-d）在0.3至0.6A/g的不同電流密度下的速率性能和相應(yīng)的恒電流充/放電曲線e）恒電流充放電曲線為0.3A/gf）收集從不同顏色球體指示的相關(guān)電位的Ex-XRD圖案進行結(jié)構(gòu)分析，并在選定電位下收集ex-XRD圖案圖13.金屬元素摻雜（水系金屬空氣電池）a）在OER和ORR的碳布上生長的Fe-Co4N@N-C納米片的示意圖b-c）包含Co，C，F(xiàn)e和N元素的Fe-Co4N@N-C電催化劑的高分辨率TEM圖像和TEM-EDS映射d）Fe-Co4N@N-C和Pt/C+RuO2在5mA/cm1處的比放電容量曲線e）Fe-Co4N@N-C和Pt/C+RuO2的放電極化曲線及相應(yīng)的功率密度f）由Fe-Co4N@N-C和Pt/C+RuO2電催化劑組裝而成的液態(tài)Zn-空氣可充電電池在5mA/cm2的充放電循環(huán)曲線g）在不同的彎曲條件（0oC，30oC和60oC）下，撓性固態(tài)Zn-空氣電池在4mA/cm2的長循環(huán)曲線圖14.非金屬元素摻雜（水系金屬離子電池）a-b）原始氧氮化釩和初始電荷產(chǎn)物的高角度環(huán)形暗場（HAADF）原子分辨率圖像，表明形成了大量的空位/缺陷c）具有大量氧原子以及氧原子和氮化物原子的隨機分散的初始充電產(chǎn)物的原子分辨率元素映射圖像d）前兩個充放電過程中巖鹽VNxOy在0.1C時的充放電曲線e）操作XRD峰強度與循環(huán)時間的二維輪廓圖f）不同充放電狀態(tài)下氧氮化釩的電子順磁共振（EPR）譜g）Zn2+在化學計量比VN0.9O0.15和無序巖鹽VNxOy（x≈0.2，y≈2.1）中的擴散系數(shù)以及放電深度h）在1C至600C的各種速率下VNxOy的速率能力（x≈0.2，y≈2.1）圖15.N圖13.非金屬元素摻雜（水系金屬空氣電池）a）由C，N和O元素組成的NDGs-800的元素映射圖b）NDGs-800的高分辨率N1s光譜分別與吡啶-N，吡咯-N，石墨-N和吡啶N+-O-相關(guān)c）比較NDGs-x和Pt/C催化劑的動電流密度（Jk）和E1/2d）在1mKOH電解質(zhì)中以2mV/s的掃描速率掃描OEs的DGs-800，NDGs-800，RuO2/C和Pt/C催化劑的LSV曲線e）用于OER催化的DGs-800，NDGs-800，RuO2/C和Pt/C催化劑的相應(yīng)Tafel圖fg）石墨烯底物中的7種類型的吡啶-N含位點（1N，2N，3N-1、3N-2、4N，5N和6N）以及沿著ORR和OER途徑的*OH的對應(yīng)超電勢與吸附能不考慮pH的影響h）在4N（四價吡啶N）位點的ORR和OER的吉布斯自由能圖i）在10mA/cm2的恒定充放電電流密度下，可充電Zn-空氣電池的充放電循環(huán)性能【小結(jié)】相比于非水系電池，盡管水系電池擁有高安全性和開放性運行等優(yōu)勢，然而較低的工作電壓和電池效率使得水系電池表現(xiàn)較低的能量密度和循環(huán)穩(wěn)定性，成為制約著水系電池從科學研究向產(chǎn)業(yè)應(yīng)用跨越的枷鎖。

不幸的是，良行理情由于水系電解質(zhì)本身較高的反應(yīng)活性，良行理情電極材料往往遭受活性物質(zhì)溶解、結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定、副反應(yīng)（析氫和析氧）和較差的電催化活性等挑戰(zhàn)，極大地影響水系電池的能量密度和循環(huán)穩(wěn)定性。（b）PS連接的大小不同的中空AuNPs的TEM（左）圖和HRTEM（右）圖，為處外徑和殼厚度分別為12±0.4nm和4.7±0.3nm（上圖）。

然后，通報舉例介紹了NCs在太陽能電池、發(fā)光二極管、催化和納米藥物載體中的實際應(yīng)用。由于這些NCs的表面與所使用的非線性BCPs的外部嵌段緊密相連，國網(wǎng)供因此可以將其視為聚合物連接的NCs（毛狀NCs）

湖南LGD接著將考慮如何降低成本。電力OLED電視一直被視為液晶電視之后的下一代電視。