与锂阳极耦合的氟化石墨（CFx）阴极在原电池中产生最高的理论能量密度（>860 Wh/g）之一。在实践中，观察到的放电电压（~ 2.5V）显著低于热力学极限（> 4.5V），放电速率低，并且到目前为止Li/CFx仅用于原电池。理解原子长度尺度下的放电机制将提高CFx的实际能量密度、倍率性能和可再充电性。到目前为止，纯实验技术还没有确定正确的放电机制或解释放电电压。我们应用密度泛函理论计算证明，在部分放电的CFx的CF/C边界的锂插入的基础上的CFx边缘传播放电机制表现出的电压范围为2.5至2.9 V -取决于是否涉及溶剂分子。电压和溶剂依赖性同意我们的放电和恒电流间歇滴定技术测量。预测的放电动力学与CFx操作一致。最后，我们预测Li/CFx的可再充电性下的应用高电位，沿充电途径不同的放电。我们的工作代表了一个通用的，准动力学框架来理解转换阴极的放电，规避了广泛使用的相图方法，该方法很可能不适用于Li/CFx，因为在该系统中没有达到平衡条件。
英文摘要：
Graphite fluoride (CFx) cathodes coupled with lithium anodes yield one of the highest theoretical energy densities (>860 Wh/g) among primary batteries. In practice, the observed discharge voltage (~2.5 V) is significantly lower than thermodynamic limits (>4.5 V), the discharge rate is low, and so far Li/CFx has only been used in primary batteries. Understanding the discharge mechanism at atomic length scales will improve practical CFx energy density, rate capability, and rechargeability. So far, purely experimental techniques have not identified the correct discharge mechanism or explained the discharge voltage. We apply Density Functional Theory calculations to demonstrate that a CFx-edge propagation discharge mechanism based on lithium insertion at the CF/C boundary in partially discharged CFx exhibits a voltage range of 2.5 to 2.9 V -- depending on whether solvent molecules are involved. The voltages and solvent dependence agrees with our discharge and galvanostatic intermittent titration technique measurements. The predicted discharge kinetics are consistent with CFx operations. Finally, we predict Li/CFx rechargeability under the application of high potentials, along a charging pathway different from that of discharge. Our work represents a general, quasi-kinetic framework to understand the discharge of conversion cathodes, circumventing the widely used phase diagram approach which most likely does not apply to Li/CFx because equilibrium conditions are not attained in this system.
Molybdenum dichalcogenide cathodes for aluminium-ion batteries
许多成功的电池电极都是基于2D层状材料。我们研究了使用二硫属钼：\ce{MoS2}、\ce{MoSe2}和MoSSe作为活性阴极材料的铝离子电池。电池显示出\ce{MoS2}和\ce{MoSe2}在1.6 - 1.4 V范围内以及MoSSe在0.6 - 0.5 V范围内的明显放电电压平台。\ce{MoS2}和\ce{MoSe2}具有相似的晶体结构，有趣的是，我们发现\ce{MoSe2}的性能优于\ce{MoS2}。MoSSe表现出比\ce{MoS2}和\ce{MoSe2}更高的比容量，但在40 mA g $^{-1}$的电流速率下能量密度低于\ce{MoSe2}。\ce{MoSe2}电池记录了$\sim$ 110 mAh g $^{-1}$的放电容量，放电期间平均电位在2.0 - 1.8 V和1.5 - 0.8 V的范围内。电池在100 mA g $^{-1}$下稳定超过200次循环，库仑效率为90%。
High voltage carbon-based cathodes for non-aqueous aluminium-ion batteries
对四种不同形式的炭：人发活性炭（AC）、大麻纤维活性炭、C $_{60}$和C $_{70}$富勒烯（CFEx）组成的碳富勒烯提取物和Super-P炭黑作为非水铝离子电池（AIB）的阴极进行了测试和比较。这些材料的一般结构、孔隙率和形态不同。富勒烯显示出晶体结构，而大麻纤维、Super-P和头发本质上是无定形的。在所有材料中，从毛发获得的AC在103 mAh g $^{-1}$下在50次循环后记录了最高的比容量，在50 mA g $\sim$的电流率下具有90%的库仑效率。大麻纤维和Super-P分别在56 mAh g $^{-1}$和84 mAh g $^{-1}$下实现了它们的最高比容量。CFEx的最高容量为78 mAh g $^{-1}$，并保持了50个循环。将电池分别充电和放电至2.45V和0.2V。
ScS_{2} Monolayer as a Potential Cathode Material for Alkali-ion Batteries and Beyond
Sc是最轻的过渡金属，可以帮助实现高理论容量的目标。因此，我们在此探索了ScS_{2}单层作为碱金属离子电池（Li、Na、K）和其他多价金属离子电池（Mg、Al）的阴极材料的性能。以前对ScS_{2}的研究只集中在ScS_{2}单分子层的基本电子和磁性上，而没有对其可能的应用进行研究。我们的第一性原理计算表明，2D ScS_{2}能够提供一个大的理论容量为491.36 mAh g^{-1}的碱金属离子和324.29 mAh g^{-1}的镁和铝离子，同时保持良好的平均开路电压。我们还研究了这些金属离子在ScS_{2}表面的扩散性，这与电池的充/放电倍率性能有关。我们的研究结果表明，所有金属离子的低扩散障碍，除了铝。由于这些结果，我们，因此，相信ScS_{2}单层可以是一个有趣的候选人，阴极材料用于碱离子电池和超越。
Direct in situ determination of the surface area and structure of deposited metallic lithium within lithium metal batteries using ultra small and small angle neutron scattering
Exploring the nanoscale origin of performance enhancement in Li$_{1.1}$Ni$_{0.35}$Mn$_{0.55}$O$_2$ batteries due to chemical doping
尽管由于它们的每单位成本的高能量密度和降低的环境和道德问题的组合而具有作为用于电动车辆的能量存储材料的显著潜力，但是基于层状Mn氧化物的无Co锂离子电池目前缺乏其含Co对应物的寿命和稳定性。在此，我们证明了通过化学掺杂减小该性能差距，其中Li $_{1.1}$ Ni $_{0.35}$ Mn $_{0.55}$ O $_2$在C/3倍率下实现了159 mAhg $^{-1}$的初始放电容量，并且在150次循环后实现了94.3%的相应容量保持率。随后，我们通过先进的衍射，光谱和电子显微镜技术的组合探索这种改进的纳米级起源，发现优化的掺杂分布导致表征层状Mn氧化物系统的两个组成子相之间的结构和化学相容性得到改善，从而在它们之间形成无障碍的锂离子通道。我们还直接观察到的主体化合物的结构稳定效果的表面附近，使用像差校正扫描透射电子显微镜和集成微分相衬成像。
Facile preparation of CuCo$_2$S$_4$/Cu$_7$S$_4$ nanocomposites as high-performance cathode materials for rechargeable magnesium batteries
寻找高效、高性能的镁离子二次电池正极材料是探索可持续能源技术的迫切需要。然而，大多数用于RMBs的阴极材料通常遭受由结构崩溃引起的低倍率容量和差的循环性能。本文首次采用溶剂热法合成了纳米尺寸的CuCo $_2$ S $_4$ /Cu $_7$ S $_4$三元复合材料，并探讨了其作为锂离子电池正极材料的镁离子存储行为。电化学测试结果表明，CuCo $_2$ S $_4$ /Cu $_7$ S $_4$复合材料在10 mA/g和300 mA/g电流密度下的首次放电容量分别为256 mAh/g和123 mAh/g。此外，在300 mA/g下实现了出色的长期循环稳定性，300次循环后可逆容量为106 mA/g，库仑效率约为99%。CuCo $_2$ S $_4$ /Cu $_7$ S $_4$的纳米球结构、三元组成和赝电容存储行为是其优异电化学性能的主要原因。本研究结果表明，通过一种简单有效的方法制备的CuCo $_2$ S $_4$ /Cu $_7$ S $_4$纳米复合材料是一种有前途的储能/转换用锂离子电池阴极材料。
Electrochemical properties of Na$_{0.66}$V$_4$O$_{10}$ nanostructures as cathode material in rechargeable batteries for energy storage applications
我们报道了Na $_{0.66}$ V $_4$ O $_{10}$纳米结构作为可充电电池阴极材料的电化学性能。室温X射线衍射图的Rietveld精修显示具有C2/m空间群的单斜相。所制备的半电池的循环伏安曲线在~3.1和2.6~V处呈现氧化还原峰，这是由于V $^{5+/4+}$之间的两相转变反应，并且可以归属于Na离子的单步脱嵌/嵌入。我们观察到良好的循环稳定性，在电流密度为3和50 mA g $^{-1}$下，放电比容量（相对于Na $^+$ /Na测量）分别在80（$\pm$ 2）和30（$\pm$ 2）mAh g $^{-1}$之间。还用Li阳极测试了Na $_{0.66}$ V $_4$ O $_{10}$电极的电化学性能，其显示出比Na更高的容量，但衰减更快。利用密度泛函理论，我们计算了Na空位的形成能;在材料的本体中为3.37~eV，在（100）表面上为2.52~eV，这强调了纳米结构的重要性。
High-Voltage Honeycomb Layered Oxide Positive Electrodes for Rechargeable Sodium Batteries
丰富的自然资源、令人印象深刻的化学特性和经济可行性重新点燃了可充电钠（Na）电池的吸引力，使其成为满足不断增长的能源需求、环境可持续性和能源独立性的实用解决方案。然而，可行的正极材料的稀缺仍然是该技术实现的巨大障碍。在本文中，我们探索蜂窝层状氧化物采用的组合物Na $_2$ Ni $_{2-x}$ Co $_x$ TeO $_6$（$x = 0, 0.25$和$0.50$）作为可行的正极（阴极）材料的可充电钠电池在室温和高温下使用离子液体。通过标准的恒电流评估和分析，我们证明在Na $_2$ Ni $_2$ TeO $_6$中用钴取代镍导致放电电压增加到接近$4$ V（相对于Na $^+$ / Na）对于Na $_2$ Ni $_{2-x}$ Co $_x$ TeO $_6$族蜂窝状层状氧化物材料，其超过了促进Na离子脱离的大多数层状氧化物正极材料所获得的平均电压。我们还验证了在高温下操作期间Na $_2$ Ni $_{2-x}$ Co $_x$ TeO $_6$蜂窝状层状氧化物内的增加的动力学，这导致可再充电Na电池的可逆容量增加。这项研究支持的同源过渡金属原子掺杂的蜂窝结构的Na $_2$ Ni $_2$ TeO $_6$除了作为一个明智的路线，以提高类似的层状氧化物的电化学性能的高温操作。
Synergistic Interface Stability and High Room-Temperature Ionic Conductivity for Wide-Temperature All-Solid-State Batteries Based on Li6+xSixSb1-xS5I Electrolytes
