IC21合金作为一种新型Ni₃Al基单晶高温合金，因其具有高熔点、优异的高温性能和抗蠕变能力，已成为新一代航空发动机涡轮导向叶片的理想材料。然而，涡轮导向叶片通常具有深小孔和深窄槽等复杂结构，传统加工方法难以满足高效加工要求。电解加工因其无工具磨损、高材料去除率以及不产生切削应力和热效应等优势，成为加工此类复杂结构的主要选择。本工作研究了IC21镍基单晶合金在NaCl和NaNO₃电解液中的电解加工电化学溶解行为。通过线性扫描伏安极化曲线测量，分析了IC21合金在不同电解液中的电化学反应特性。此外，通过电流效率测量、表面微观形貌分析，探讨了不同电解液和电流密度条件下合金的溶解特性和选择性溶解现象。研究表明：IC21合金在NaCl和NaNO₃电解液中均表现出典型的钝化-超钝化转变现象，其中NaNO₃电解液中形成的氧化层表现出更高的稳定性。电流效率测量表明，IC21合金在NaCl电解液中的溶解效率较为稳定，而在NaNO₃电解液中，溶解效率随着电流密度的增加逐渐下降，表现出与传统理论不同的特性。通过溶解表面形貌分析，进一步揭示了IC21合金在电解加工过程中存在选择性溶解现象，并探讨了其微观机制。基于这些实验结果，建立了不同电解液和电流密度条件下的电化学溶解行为模型，为IC21合金电解加工工艺的优化提供了理论依据。
以马尾藻为原料，ZnCl2为活化剂，基于自模板构筑“蛋壳”式结构进行正交实验，研究在不同浸渍比、浸渍时间、活化温度、活化时间下制备马尾藻基活性炭的最佳工艺条件。采用N2吸-脱附、SEM、XRD考察活性炭的孔结构特性、表面形貌和晶体结构，并对马尾藻基活性炭进行电化学性能测试。通过正交实验法分析得到，制备高比电容活性炭的最佳工艺条件为：浸渍比3、浸渍时间2 h、活化温度700 ℃、活化时间2 h。在9组实验条件下，所制备活性炭SAC7的电化学性能最佳，当电流密度为0.5 A/g时，活性炭SAC7的比电容高达136.4 F/g，当电流密度为5 A/g时，其比电容也达到了92.0 F/g，显示出良好的比电容性能和倍率性能；且经过10000次循环充放电后，仍有高达99.41%的电容保持率，具有极佳的循环稳定性。
为推动燃料电池的大规模商业化应用，开发高效、稳定和低成本的氧还原（ORR）催化剂具有重要意义。本工作以Fe掺杂ZIF-8为前驱体，通过球磨、高温氩气气氛下煅烧、酸洗后，在氨气气氛下进行二次煅烧，得到Fe-N-C非贵金属催化剂，多种表征手段的结果显示Fe原子均匀分散在氮掺杂的碳骨架上，从而形成丰富的Fe-N x 催化活性位点。电化学性能测试结果表明，通过制备工艺和金属比例优化后的Fe-N-C-5%催化剂，在0.1 mol/L HClO4的酸性溶液中表现出优异的ORR活性，半波电位为0.845 V，同时兼具良好的稳定性，在20000次循环后半波电位没有明显下降，这些结果为合理设计非贵金属ORR催化剂提供了有效的策略。
为探究电极制备工艺中辊压温度对锂电池正极极片微观结构与电极性能间的关系，利用二辊轧机，制备了辊压温度为25 ℃和150 ℃两种正极极片，研究了辊压温度对正极极片微观结构、厚度一致性、力学性能及电化学性能的影响。结果表明，随着辊压温度的提高，极片涂层颗粒压实密度显著提高，孔径较小，炭胶相均匀分布黏附在活性颗粒上，涂层颗粒破碎、裂纹及孔洞等缺陷减少，涂层更容易形成导电/黏结网络的电极结构。相比于室温辊压极片，热辊压极片辊压厚度一致性提高，回弹率降低了50%，极片结合强度由182.77 N/m提高至237.37 N/m，提高了29.87%；抗拉强度由20.47 MPa提高至24.44 MPa，提高了19.39%；极片电阻率由158.05 Ω·cm降低至119.41 Ω·cm，降低了24.45%；电导率由0.63 S/m提高至0.84 S/m，提高了33.33%。两种极片所组装的电池，热辊压极片的电化学性能优于室温辊压极片，循环容量保持率提高了18.65%。本研究通过调控辊压温度等工艺参数来优化电极性能，可以适度提高极片性能，对锂电池极片工业化制备过程中优化电极性能提供了研究依据。
可穿戴传感器在运动、医学、康复等多个领域的应用极大地方便了对人体运动指标信号的捕捉和监测，有效避免了运动损伤，降低了就医频率甚至挽救了许多生命。随着可穿戴传感器的应用和普及，与之适配的柔性能源供应系统成为其发展的关键。近年来研究者们基于不同的能量释放方式，研究和设计了多种柔性能源供应系统，其中柔性锌离子电池以其高能量密度、高弹性模量、高循环稳定性和高安全性在众多供能体系中脱颖而出，成为可穿戴传感器最具潜力的柔性能源供应系统之一。本文综述了柔性锌离子电池近年来在可穿戴传感器方面的研究进展，主要介绍和总结了电池各组件（集流体、电极（正极、负极）、隔膜、电解质、封装）的材料类型、特点以及与可穿戴传感器集成的应用情况，最后讨论了柔性锌离子电池目前面临的问题和挑战。
聚合物固态电解质因安全性高、柔性大、种类丰富、价格低等优势，为高能量密度锂金属电池产业化奠定基础。但受界面等问题的限制，目前聚合物固态电解质的电化学性能仍然较差。近几年，原位技术在电解质的研发领域受到越来越高的关注。以原位聚合和原位表征为代表的原位技术极大促进了聚合物固态电解质的发展。原位聚合通过优化电极、电解质界面提升电池电化学性能，原位表征可在无破坏的前提下探究电池内部的电化学机制。本文综述了聚合物固态电解质与原位技术的发展背景，重点讨论了近几年原位聚合在不同种类聚合物固态电解质中的应用进展以及原位表征在原位制备聚合物电解质中的应用，并指出原位技术在聚合物固态电解质的制备和表征方面极具应用前景，同时针对原位聚合存在聚合程度难以控制、基质结构缺乏设计等问题提出了专注于机理研究、开发新的引发条件及反应体系等解决建议。
随着信息化、电动化和新能源技术的快速发展，便携电子、电动汽车和储能设施需要更高能量密度的电化学储能电池，但广泛使用的锂离子电池的能量密度正逐步接近极限，难以满足上述需求。因此亟需发展更高能量密度的电化学体系。锂金属负极具有极高的理论容量（3860 mAh·g-1）和最低的氧化还原电势（-3.04 V vs SHE），被认为是实现下一代高能量密度电池的理想材料。然而在几十年的发展过程中，锂金属电池较低的循环寿命和安全性问题严重制约了其实用化。本文从锂金属电池的发展历程出发，分析锂金属负极反应活性高、锂枝晶、死锂和体积膨胀等问题及作用机理，并就上述问题分别从界面设计和体相设计方面综述应对策略，包括非原位/原位生成的界面层保护、合金化锂负极以及三维复合锂负极，最后针对实效电池的约束条件、电极串扰及大容量电池的失效机制等实用化锂负极未来发展进行探讨和展望。
锌离子电容器是一种由电池型负极和电容型正极组成的混合型超级电容器，具有高能量密度、高功率密度、高安全性、低成本等优点。锌离子电容器能量密度仍受限于正极材料的储能能力，因此，如何设计高比电容的正极材料是提高其能量密度的关键。本文首先对锌离子电容器的发展历程、结构和原理进行了概述，并分析了限制锌离子电容器应用的原因；其次，系统归纳了典型碳基材料和赝电容材料作为正极材料的器件性能及其优点与不足；再次，选取代表性研究工作重点总结了纳米结构设计、复合材料构建、杂原子掺杂三种正极材料设计策略及研究进展；最后，对正极材料的发展前景进行了展望，具体指出深入研究和发现新的电化学机理、开发新型高性能正极材料、探索有效的碳材料改性策略和研制功能性（如柔性）电极材料等研究方向，为制备出具有优异电化学性能的正极材料提供重要思路。
锂离子电容器（lithium-ion capacitors，LICs）是一种兼具锂离子电池和双电层电容器优点的新型功率型储能器件。然而，电池型负极的缓慢电化学动力学性能限制LICs的应用。金属硒化物因其良好的导电性、快速的反应动力学和高理论比容量等优点备受关注。本文对金属硒化物的分类、结构和性质进行系统介绍，并重点讨论插层机制、转化机制和合金化机制的三种储能机制。最后，分析结构调控、碳材料协同和双金属硒化物构筑等改性方案对电化学性能的影响，并介绍由以上三种改性方法制备的结构稳定和高离子/电子传输能力的金属硒化物材料在锂离子电容器中的应用。
随着可穿戴电子产品的微型化发展，开发轻柔、灵活、体积小、能量密度高的柔性储能器件成为研究的热点。以芳纶纳米纤维（aramid nanofiber，ANF）作为纤维增强柱撑材料，采用真空抽滤的方法制备MXene/ANF柔性自支撑电极，避免引入集流体和黏合剂等“死体积”，并将其组装成全固态对称超级电容器。随着ANF含量增加至15%（质量分数），MXene/ANF自支撑电极的拉伸断裂强度增加至151.5 MPa，而电导率降低至1371.1 S/cm，在1 A/g的电流密度下表现出432.7 F/g的高比电容。组装的柔性对称全固态超级电容器的能量密度为25.7 Wh/kg，对应的功率密度为523.1 W/kg，具有优异的柔韧性和长循环寿命（10000周次循环充放电后，电容保持率为88.9%）。
通过设计聚合物分子结构，采用热引发自由基聚合方法合成聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯（PEGMEMA）和甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA）的二嵌段共聚物电解质PEGMEMA m -GMA n -Br（PGA-Br），并研究其电化学性能。结果表明： 将PGA嵌段或接枝到聚合物电解质上，可提高聚合物电解质的离子电导率，室温下的离子电导率达1.05×10-4 S·cm-1。同时，PGA-Br嵌段共聚物电解质具有较低的玻璃化转变温度（-65 ℃）、较高的热分解温度、较宽的电化学稳定窗口（5.1 V）和阻燃特性。PGA-Br共聚物电解质组装下的固态Li|Li对称电池具有增强的电极/电解质固-固界面，可实现金属锂均匀沉积，有效抑制锂枝晶的生长。在0.1 C倍率下，基于 PGA-Br嵌段共聚物电解质组装的LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2（NCM811）|PGA-Br|Li固态全电池可实现较高的首周放电比容量（160.1 mAh·g-1），且循环100周次后容量保持率高达91.5%，库仑效率稳定在98.5%以上。
汗液中含有人体诸多生理信息, 如电解质、代谢物、激素、温度等。基于汗液的可穿戴式传感器可对多模态生物指标实现分子层面上的实时、连续、非侵入式监测, 在运动感知、疾病预防以及健康管理等领域具有重大发展潜力, 而被广泛研究。本文阐述了可穿戴汗液传感器集成结构中基底、集汗、传感、电源和决策五大模块, 着重强调了纳米结构（如金属基、碳基等材料）在电化学传感敏感材料中表现出的优异性能及应用, 最后讨论了可穿戴汗液传感器在微量汗液收集及多参数传感中物理化学变量的可变性等方面存在的挑战。针对汗液收集和实时校准两个关键问题, 提出可穿戴汗液传感未来发展方向包括仿生微流控技术和多参数反馈调控方法, 实现微量汗液高效收集及精确检测, 将有效推动汗液传感在慢性重大疾病实时预警的应用和发展。
随着物联网的发展，微型化自供电电子产品的快速发展和进一步微型模块化大大刺激了对微尺度的电化学储能装置的迫切需求。在各电化学储能装置中，基于平面图案形状的超级电容器在小型化和集成化等功能性特征上与现代电子产品高度兼容。本工作采用半导体制备技术与电流体喷印技术相结合的方法制备柔性3D叉指电极对称微型电容器，并采用富氧活性炭油墨进行3D喷印，通过调控优化电场强度、线宽、喷印层数等参数，制备3D叉指对称电极，采用电子散射能谱（EDS）、扫描电子显微镜（SEM）、流变仪、电化学工作站以及器件测试系统对材料、浆料以及微型电容器器件进行表征，探究材料以及浆料对3D叉指电容器性能的影响，结果表明：利用半导体和电流体喷印相结合工艺制备的3D叉指微型电容器具有优异的性能，其面积电容可以达到22.3 mF·cm-2，此外，通过封装优化，此器件在循环2000周次后可以实现96%的容量保持率。这种简易可控制的3D喷印技术为先进的微型化电化学储能器件提供了一种有效的制备途径。
锂离子电容器是介于锂离子电池和超级电容器两者之间的储能器件，兼具高能量密度和高功率密度，被认为是最有前途的电能储存系统之一。本文总结近年来碳基和嵌锂型正极材料的研究进展，详细介绍碳基和嵌锂型电极材料的分类和改性方法。为提高锂离子电容器的使用性能，通过微观结构调控、表面修饰、掺杂改性及复合材料等手段进一步优化正极材料，进行正负极动力学匹配，综合提高其电化学性能。最后梳理出未来锂离子电容器正极材料的研究热点集中在对正极材料微观结构的调控优化、元素掺杂和表面改性以及与其他材料复合等方面，并指出未来发展方向在于优化碳材料的结构与组成、克服倍率和循环性能的限制以及开发在高压下更稳定的正极材料等。
由于电动汽车在大多数时间处于非工作状态，因此电池搁置期间的日历老化会对电池的寿命产生显著影响。高温加速实验是快速评价电池日历寿命的常用方法，为了获得可靠的高温加速老化实验结果，需要对不同温度条件下的电池衰减机理进行研究。以高镍三元/硅氧碳软包电池为研究对象，基于无损的电化学微分曲线分析和电池拆解验证，研究不同搁置温度对高镍/硅氧碳电池日历老化性能及老化机制的影响。结果表明：随着搁置温度的升高，电池老化速度逐渐加快，表现为容量加速衰减和直流内阻大幅增加。无损分析结果表明：活性锂损失和正极活性物质损失是电池日历老化的主要影响因素，随着温度升高，电池的活性锂损失程度和正极活性物质损失程度都有所增加，负极老化情况基本保持不变；进一步结合拆解验证结果表明：55℃下的高温搁置加速了正极材料性能的衰退，高温下正极NCM811材料颗粒出现内部裂纹和粉化，不宜作为电池搁置期间加速老化实验的加速因子。
电介质电容器因其极高的功率密度, 近年来在工业生产、基础科研、航空航天、国防军工等领域发挥着越来越重要的作用。然而, 电介质电容器较低的能量密度导致其体积普遍较大, 难以满足未来器件的小型化需求。聚合物-陶瓷复合电介质材料可以将陶瓷材料的高介电常数与聚合物材料的高击穿场强联合起来, 进而有望获得优异的储能特性。当前, 发展具有高储能密度的聚合物-陶瓷复合电介质材料对于未来实现电介质电容器的小型化目标至关重要。本文主要从纳米填料调控、聚合物-陶瓷界面优化和多层复合结构设计三个角度出发, 系统总结了目前聚合物-陶瓷复合电介质储能材料的研究进展, 详细介绍了纳米填料的维度、尺寸、种类和多级结构, 表面修饰改性和构筑核壳结构等界面优化方法以及三明治结构和梯度结构等多层复合结构设计对复合电介质材料的介电常数、击穿场强和储能密度的影响规律, 分析探讨了复合电介质材料的微观结构与其储能特性之间的构效关系。最后, 针对当前研究存在的挑战和不足, 指出选用新型二维纳米填料、提升能量存储效率、采取多方式协同优化策略以及构筑相应的电容器件将是该领域未来的重点发展方向。
采用易于规模化的湿法包覆工艺成功制备了石墨烯纳米片与聚（3,4-亚乙基二氧噻吩）∶聚（苯乙烯磺酸盐）（PEDOT∶PSS）共包覆的LiCoO2正极材料（GP-LCO），使用X 射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）及电化学测试方法研究包覆前后材料的晶体结构、微观形貌及电化学性质。结果表明∶均匀分散的石墨烯纳米片（1%，质量分数，下同）与PEDOT∶PSS （2%）在LiCoO2颗粒表面形成均一的包覆层；电化学测试结果表明，石墨烯纳米片与PEDOT:PSS所形成的复合包覆层不仅提升了材料的电化学反应速率，还改善了电化学反应的可逆性；经过表面包覆的GP-LCO添加2% Super P导电剂所制备的电极，在2.5~4.5 V（vs. Li+/Li）的电压范围内，0.1 C倍率下首次放电比容量173.9 mAh/g，10 C倍率下仍能表现出118.0 mAh/g的放电容量，循环性能和倍率性能均优于未包覆的LiCoO2材料（LCO）。
金属锂具有极低的电极电势及超高的比容量，是高比能锂二次电池的理想负极材料。然而，锂枝晶生长、体积膨胀效应及界面不稳定等问题限制了其商业化应用。通过合金负极、界面保护、负极结构设计及固态电解质等策略，可显著改善上述问题。锂合金材料具有高比容量、高离子电导率及良好亲锂性等特点，在上述策略中均扮演着重要角色。本文介绍合金材料的电化学性质，综述近年来合金材料在锂金属负极中的应用研究进展；最后梳理合金材料在锂金属负极中应用所面临的问题，并提出加强基础理论研究等建议。
MXenes是一类通过选择性刻蚀MAX相材料制得的新型二维层状过渡金属碳化物和氮化物。由于其卓越的物理、电子和化学性能等，MXenes已经被广泛应用于电磁屏蔽、生物医药、能源储存、传感器和水净化等领域。同时MXenes及其复合材料由于其大比表面积、优异的导电性和稳定性等特点，可以有效提高贵金属催化剂的催化效率或直接作为一类非贵金属催化剂，被视为当前极具前途的一类燃料电池电催化剂或载体。本文详细介绍MXenes的结构、性质及其制备方法，综述MXenes及其复合材料在氧还原、甲酸氧化、甲醇氧化和乙醇氧化反应领域的最新应用研究成果，指出MXenes材料目前存在的主要问题(如难以制备分散均匀的多层MXenes薄片或少层甚至单层MXenes薄片，由于较高的表面能容易重新堆积等)，提出制备更多的新型MXenes并将其与各类材料进行复合，促进MXenes及其复合材料在燃料电池领域的应用。
碳化钛(Ti3C2Tx)作为一种MXene材料，具有独特的结构和优良的导电性、稳定性以及优越的电化学性能，常被用作超级电容器电极材料。本文结合碳化钛(Ti3C2Tx)材料层状结构的特性，梳理了超级电容器电极用Ti3C2Tx基复合材料的研究进展，重点阐述了Ti3C2Tx材料的结构、性能、制备以及通过不同技术手段与多类材料复合后的电化学性能；归纳了Ti3C2Tx基复合材料性能提升的原因，包括增大层间距、提供更多活性位点、提高坚韧性等；最后指出Ti3C2Tx基复合材料的未来研究重点，如探究新的基体母相、丰富刻蚀方法、改进现有复合材料、探究更多更高效的复合材料等。
锂离子电容器作为新一代电化学储能系统，结合高能量和高功率密度的优势，满足多功能电子设备和电网侧储能的迫切需求。然而，电池型负极和电容型正极之间的动力学不匹配严重制约了其电化学性能。为解决这一瓶颈，制备一种高性能双碳锂离子电容器，该器件采用乙二胺四乙酸铁钠盐(EDTA-Na-Fe)衍生而成的碳材料同时作为正、负极。通过简单的煅烧，EDTA-Na-Fe可直接转化为氮掺杂碳骨架(NCF)，该碳骨架具有较高的可逆容量和良好的电化学性能。使用NCF同时作为锂离子电容器的正、负极，能够在0.5~4.0 V的电压区间工作，并且由于使用同样的正负极材料，简化器件的构筑流程；在225 W·kg-1的功率密度下，所构筑器件的能量密度能达到193.4 Wh·kg-1。这种合理的动力学匹配策略为进一步发展高性能锂离子电容器开辟一条新的途径。
可承受大而复杂变形的能量存储设备的开发对于新兴可穿戴电子设备至关重要。目前，由导电聚合物制成的水凝胶在加工过程中实现了高电导率和多功能性的融合。利用简单的两步共聚方法成功构建了一种具有丰富微孔结构的水凝胶超级电容器：聚乙烯醇(PVA)和聚丙烯酰胺(PAM)形成双交联网络水凝胶，赋予刚性聚苯胺柔性，此外，聚丙烯酰胺提高了聚苯胺基水凝胶的机械强度，使得聚苯胺基(NPP)水凝胶具有良好的力学和电化学性能，在1 A·g-1其抗拉强度和比电容分别为0.3 MPa与269.12 F·g-1。聚苯胺(PANI)的添加减小了聚乙烯醇和聚丙烯酰胺双交联网络水凝胶(PP)电极的内阻，其修饰后的电阻值为39.184 Ω，这使得NPP水凝胶实现了较高的电子传输能力。这种水凝胶的灵活开发集成为能源系统提供了一种替代策略，适合于超级电容器等多种应用。
为开发高能量密度的锂离子电池，补锂技术受到广泛的关注。以LiNO3-LiOH混合锂盐为反应介质和锂源、纳米Fe2O3为铁源，通过熔盐法成功制备出正极补锂材料Li5FeO4，采用正交实验法优化Li5FeO4的合成工艺条件，讨论合成条件对材料电化学性能的影响。将Li5FeO4添加到LiFePO4正极极片表面，并与石墨负极组装成全电池，研究其对全电池电化学性能的影响，以及降低锂离子电池初始容量损失的机制。结果表明，使用熔盐法可制备出纯度高、粒径小且电化学性能好的Li5FeO4正极补锂材料，在0.05 C倍率下具有672.8 mAh·g-1的脱锂比容量；当添加2.8%(质量分数)的Li5FeO4(基于活性物质质量的占比)，LiFePO4/石墨全电池在0.05 C倍率下的首周放电比容量为150 mAh·g-1，相较于未添加的高出8.5%，在0.2 C的倍率下循环100周次后，容量依旧有7.1%的提升，体系的不可逆容量得到恢复。
通过一种简便的方法制备氧空位缺陷的氢化TiO2包覆核壳结构C/Fe3O4@rGO(H-TiO2/C/Fe3O4@rGO)复合材料，作为锂离子电池(lithium-ion batteris, LIBs)高性能阳极材料。TiO2在Li+脱嵌过程中体积膨胀系数约为4%，可缓解Fe3O4在充放电过程中的体积膨胀，提高阳极材料结构的稳定性。同时，通过氢化处理改善TiO2较低的电导率(约1×10-12 S·m-1)。H-TiO2/C/ Fe3O4@rGO在0.3 A·g-1的电流密度下循环200周次后比容量为867 mAh·g-1，在1 A·g-1的电流密度下循环700周次的比容量为505 mAh·g-1，这些结果远大于石墨的理论容量(372 mAh·g-1)，表明H-TiO2/C/ Fe3O4@rGO复合材料具有用作LIBs阳极材料的前景。
碱金属离子电池作为可充电电池, 是目前重要的储能设备之一。它凭借能量密度大、工作电压高、无"记忆效应"、自放电小、绿色无污染等优点在近些年来受到人们的广泛关注。电极材料是影响碱金属离子电池电化学性能的重要因素之一, 因此, 寻求比容量高、结构稳定的电极材料是推动碱金属离子电池发展的关键。量子点/碳复合材料(QDs/C)集合量子点与碳材料的优势, 是碱金属离子电池优异的候选电极材料。本文首先对量子点进行简要介绍, 然后分别综述单质量子点/碳复合材料、化合物量子点/碳复合材料及异质结构量子点/碳复合材料在碱金属离子电池中的应用进展。最后, 分析量子点/碳复合材料作为碱金属离子电池电极材料的优势与不足, 针对目前存在的问题提出了未来发展的方向: (1)探索新型方法, 解决量子点及其复合材料的团聚问题; (2)研究SEI膜的结构性能等, 解决首次库仑效率偏低的问题; (3)明确反应机理, 获取更优异的电化学性能。
柔性能量存储设备处于下一代电源的最前沿，其中最重要的组件之一就是凝胶电解质。采用自由基聚合法制备PAM/P123锌离子电池用双网络凝胶电解质，结果表明：加入少量三嵌段共聚物P123，宏观上提高凝胶电解质的抗拉强度、韧性和抗压强度，同时微观上使凝胶骨架形成0.6 μm的中孔并提高表面孔分布密度，进而提高了电解液的浸润性。PAM/P123系列电解质不仅具有高平均溶胀率，而且在-30~65℃范围内电导率均高于纯PAM电解质。其中PAM/P123-2性能最佳，具有1920.79%平均溶胀率，且在0℃时的离子电导率为36.2 mS·cm-1。使用该凝胶电解质制备的柔性准固态Zn/MnO2电池在0℃下充放电稳定，1000周次循环后容量保持率达82.39%。
锂离子电池是便携式电子产品、电动汽车和智能电网的理想电源。目前使用有机液体电解质的锂离子电池仍然存在安全问题和寿命不足的问题，而使用不燃的固态电解质的固态电池有望解决这些问题。从原理上讲，不燃的固体电解质可以从根本上防止电池的燃烧和爆炸，并且只允许锂离子在固体电解质中传输，可以减少副反应的发生。近年来，随着几种高离子电导率的固态电解质的出现，锂离子在固态电解质中的传输不再是瓶颈。然而，固态电池中各种固态成分具有不同的化学/物理/力学性能，因此在固态电池中存在多种类型的界面，包括松散的物理接触、晶界、化学和电化学反应界面等，这些都可能增加界面离子传输阻力。而正极材料与电解质之间的界面反应尤其复杂，深入理解这些复杂的正极侧界面及其反应特点是实现实用高比能固态电池的必要条件。因此，本文主要回顾了近年来在探索和理解正极/电解质界面上的工作，总结了固态电池中典型的正极侧界面类型及其各自独特的反应特征。
为了满足储能系统和电动汽车市场对于高能量密度和快充的需求，兼具高能量和高功率密度的锂离子电池得到了广泛的关注。厚电极结构设计能够显著提高电池的能量密度并降低成本，且能与各种电极材料相兼容，是发展高能量密度锂离子电池的研究热点之一。厚电极通常面临着力学性能差和反应动力学慢等问题，因此构建力学性能良好和完善的锂离子及电子传输网络的厚电极至关重要。本文首先分析了厚电极的电化学特性和关键科学问题，然后梳理了目前构建厚电极的各种策略及其优势，最后探讨了厚电极的设计原则和发展方向。
随着电动汽车的发展，对电池能量密度提出了更高的要求，具有高能量密度的高镍/硅氧碳软包电池成为长续航电动汽车的首选，但是高镍/硅氧碳电池在实际使用中存在容量快速衰减的问题。采用无损电化学分析和事后拆解分析对循环过程中电池容量和内阻的变化进行检测，通过对比电池循环前后正负极结构、材料形貌和表面成分的变化，揭示高镍/硅氧碳电池循环失效机制。结果表明：电池容量衰减呈现平稳期、快速衰减期和急速衰减期3个阶段。循环后电池极化更加严重，电池极化内阻、负极表面膜阻抗和电荷转移阻抗明显增加。通过微分曲线分析结合拆解分析发现，高镍正极材料衰减较少，硅氧碳负极材料衰减和活性锂离子损失较多。硅氧颗粒膨胀开裂，负极活性物质损失，负极表面膜连续生长消耗过多的活性锂为电池容量快速衰减的主要原因。
以Li2CO3与锐钛矿型TiO2为原料，六水合硝酸钇（Y（NO3）3·6H2O）为钇源，采用球磨辅助固相法合成了Li4Ti5-xYxO12（x=0，0.05，0.10，0.15，0.20）负极材料。通过X射线衍射分析（XRD）、扫描电镜（SEM）、能谱仪（EDS）与X射线光电子能谱（XPS）分别对材料的物相与形貌进行表征分析，并利用电化学工作站对材料的电化学性能与电荷输运特性进行测试。结果表明，Y3+掺杂没有影响尖晶石型Li4Ti5O12（LTO）材料的尖晶石结构，x=0.15时，Li4Ti4.85Y0.15O12样品的离子与电子电导率分别为2.68×10-7 S·cm-1和1.49×10-9 S·cm-1，比本征材料提升了1个数量级，表现出良好的电荷输运特性。电化学测试表明，Li4Ti4.85Y0.15O12样品在0.1 C倍率首次放电比容量可达171 mAh·g-1，且在10 C与20 C高倍率下仍然拥有102 mAh·g-1和79 mAh·g-1的较高比容量，循环200周次后容量保持率分别为92.6%和89.1%，表现出良好的倍率特性。
PEO基固态聚合物电解质被认为是目前固态锂电池领域极具产业化前景的固态电解质。为适应工业化生产，采用静电纺丝技术制备PEO/LiClO4固态聚合物电解质（SPE），研究纺丝电压、纺丝液质量浓度和锂盐含量对SPE纤维膜形貌和直径的影响。通过扫描电子显微镜观察SPE中纤维的形貌，利用Image J软件分析SPE纤维的直径。通过DSC，XRD，FTIR-ATR和拉伸测试等手段对静电纺丝制备的SPE纤维膜的组成、结构、性能等进行研究。结果表明：当纺丝电压为15 kV、PEO/LiClO4纺丝液质量浓度为6%、[EO]∶[Li+]=10∶1（摩尔比）时，静电纺丝方法制备的PEO/LiClO4SPE纤维膜具有较好的纤维形貌，平均直径为557 nm，分布均一；当[EO]∶[Li+]=10∶1时，SPE纤维膜中PEO的熔点仅为53.8℃，结晶度低至18.9%；电解质在30℃时的离子电导率达到5.16×10-5 S·cm-1，同时具备良好的电化学稳定性和界面稳定性。
锂硫电池具有比容量高、生产成本低及环境友好等特点，是一种高能量密度的储能系统，在便携式电子设备储能中有巨大的发展潜力与应用前景。然而，锂硫电池在实际应用中仍面临着库仑效率低和寿命短等问题。这主要归因于多硫化物穿梭效应、S8和Li2S电导率低和锂枝晶生长不可控。抑制锂枝晶生长和阻止可溶性多硫化物与锂之间的反应不仅能增强锂硫电池的安全性和电化学性能，对高容量锂硫电池也至关重要。本文全面回顾了锂硫电池发展，着重介绍了高硫负载锂电池所取得的进展。通过分析机理了解锂硫电池的运作机制进而制定改进方式，包括对阴极使用分级多孔碳并进行元素掺杂以增加活性物质硫负载率，减少多硫化物的穿梭效应。还介绍了液态和固态电解液系统的发展以及增强阳极稳定性的各种策略。深入了解锂硫电池机理能加强对锂硫电池认知，可以指导高硫负载锂硫电池未来的发展。同时，提高各组件之间协同作用可进一步推动锂硫电池技术从纽扣电池和软包电池到随后的商业化规模应用。
随着新能源汽车产业的迅速发展，消费者对电动汽车续航里程的要求不断提高。高镍三元锂离子电池因其比能量高成为电动汽车中最具应用前景的动力电池，但该电池体系依然面临着低温性能差的问题。本文综述近年来高镍三元锂离子电池低温性能的研究进展，重点总结高镍三元锂离子电池低温性能的影响因素，一方面从热力学角度分析低温下高镍三元正极材料和石墨负极材料的结构变化、电解液相态和溶剂化结构变化以及黏结剂玻璃化转变对电池低温性能的影响；另一方面从动力学角度分析高镍三元电池低温放电过程中的速率控制步骤。归纳目前高镍三元锂离子电池低温性能的主要改善措施，其中低温电解液的设计包括优化溶剂、改善锂盐及使用新型添加剂三个方面，对电极材料低温性能的改善主要是通过体相掺杂、表面包覆及材料颗粒粒径降低的方式。总结电池中低温性能研究中存在的对电池低温热力学特性研究不够明确、对电池低温动力学过程研究方式单一以及对电池中的反应顺序存在的影响认识不足等问题。
固态锂电池是新能源领域最有希望的下一代高能量密度电池体系之一。本文以聚合物固态电解质-锂负极界面的构型特征和形成机理为基础, 系统讨论界面接触性、界面化学和电化学反应、锂负极枝晶生长等问题对二者之间的界面稳定性与兼容性的影响。基于此, 本文重点阐述了掺杂改性、结构设计等手段在三种聚合物基体与锂负极之间的界面的应用。此外, 本文还综述了常见界面表征手段及其在聚合物固态电解质-锂负极界面的应用情况。最后, 基于设计和构筑稳定的聚合物固态电解质-锂负极界面的相关策略, 本文对掺杂、核层设计等界面优化手段的发展前景进行分析与展望。
针对富锂锰基正极材料独特的首周充电特性, 设计了一种脉冲化成制度, 通过优化化成制度减少富锂锰基/硅碳体系电池化成过程中的产气量, 提高电池的循环电化学性能。通过GC-MS, SEM, XPS和电化学测试表明, 对比传统的化成制度, 采用脉冲化成制度后电池的产气量降低了37%左右。此外, 脉冲化成制度能在正、负极活性物质表面形成一层致密的膜结构, 同时可以缓解化成过程中电芯结构的应力, 稳定电极结构。脉冲化成制度还可以有效地节省化成时间, 将时间从102.6 h缩短至81.5 h。提升了长循环过程中的电化学稳定性, 500周次循环后, 容量保持率和中值电压均得到了显著的提升。
随着便携式、可穿戴电子器件的迅速发展，柔性储能器件的研究逐渐转向微型化、轻柔化和智能化等方向。同时人们对器件的能量密度、功率密度和力学性能有了更高的要求。电极材料作为柔性储能器件的核心部分，是决定器件性能的关键。柔性储能电子器件的发展，又迫切需要新型电池技术和快速、低成本且可精准控制其微结构的制备方法。因此，柔性锂/钠离子电池、柔性锂硫电池、柔性锌空电池等新型储能器件的研发成为目前学术界研究的热点。本文论述了近年来柔性储能电池电极的研究现状，着重对柔性电极材料的设计(独立柔性电极和柔性基底电极)、不同维度柔性电极材料的制备工艺(一维材料、二维材料和三维材料)和柔性储能电极的应用(柔性锂/钠离子电池、柔性锂硫电池、柔性锌空电池)进行对比分析，并对电极材料的结构特性和电化学性能进行了讨论。最后，指出了柔性储能器件目前所面临的问题，并针对此类问题展望了柔性储能器件未来的重点在于新型固态电解质的研发、器件结构的合理设计及封装技术的不断优化。
固态聚合物电解质因其质量轻、柔性好，且与电极材料接触良好、界面阻抗小，成为开发新一代高能量密度、高安全性乃至高柔韧性电化学器件的潜在材料，近年来获得了广泛关注。但因其离子电导率低、力学性能差等缺陷也成为限制其进一步商业化的关键问题。通过交联、共混、共聚等手段组成聚合物的复合体系有可能很好地解决这些问题，因此本文首先对聚合物中的离子导电机理进行了简要介绍，旨在从原理的角度阐释上述问题的解决策略；随后综述了近年来多种聚合物基复合电解质在电化学器件中的应用以及改性策略。最后对复合固态聚合物电解质目前面临的基础研究和实际应用问题进行了讨论，给出了解决这些问题的建议，以期为新型聚合物复合固态电解质的设计与制备提供新思路。
为了更好地推动高储能密度和高效率无铅陶瓷介质电容器的研究与发展, 本文综合介绍了陶瓷电介质储能材料的储能原理及分类, 比较分析了近年来线性电介质、铁电体、弛豫铁电体和反铁电体储能材料的研究进展, 主要研究体系和性能优劣。总结了陶瓷储能材料目前面临的挑战以及改善其储能性能的策略, 展望了其未来在5G通信、新能源汽车、消费电子等工业应用中的发展及小型化、高耐电压性、高可靠性的技术发展趋势。
为实现锂氟化碳电池在更多领域的普遍应用, 以工业化碳材料(活性炭、球形石墨、膨胀石墨和工业石墨烯)为碳源, 制备了四种氟化碳正极材料。通过扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、红外光谱(FTIR)、X射线能谱(XPS)、氮气吸脱附以及电化学测试等表征手段对材料的微观形貌、晶体结构、化学结构和电化学性能进行了系统的研究。研究表明: 氟化工业石墨烯具有完全的单氟化碳结构、高比表面积以及稳定的碳结构, 在20 mA·g-1的放电电流下可以实现高达945.4 mAh·g-1的比容量; 氟化活性炭具有较多的半共价C—F键, 其起始放电电压最高, 但是由于其结构稳定性较差, 电压平台快速下降, 导致整体比容量较低; 氟化膨胀石墨和氟化球形石墨与氟化工业石墨烯结构类似, 但是由于高氟化碳原子(CF2和CF3)的存在, 其放电比容量要低于氟化工业石墨烯。不过在高放电电流密度下, 氟化膨胀石墨、氟化球形石墨和氟化工业石墨烯的能量密度十分接近, 因此, 基于氟化膨胀石墨和氟化球形石墨的成本优势, 氟化膨胀石墨和氟化球形石墨更适合于高功率应用场景。
硫银锗矿结构的硫化物固态电解质Li6PS5Cl（LPSC）具有离子电导率高（>3×10-3 S·cm-1）和对锂稳定性良好等特点，是构建全固态锂离子电池的理想电解质材料之一，具有良好的发展前景。本工作采用高能球磨和惰性气氛固相烧结相结合的方法制备硫银锗矿型固态电解质LPSC，并采用粉末X射线衍射（XRD）、拉曼光谱（Raman spectra）和扫描电子显微镜（SEM）等对其进行表征，探究制备工艺对LPSC结构、成分和电学性质等的影响。结果表明：高能球磨会破坏原料的晶粒，降低晶粒尺寸，延长球磨时间有利于LPSC前驱体粉末的非晶化和后续烧结，提高烧结温度将促进制备的LPSC电解质的物相变纯和离子电导率升高，但烧结温度过高会导致LPSC的分解。综合考虑球磨时间和烧结温度对材料离子电导率和电子电导率的影响，经8 h球磨和500℃烧结制备的LPSC在室温下具有最高的离/电子电导率比（2.091×105），其离子电导率高达4.049×10-3 S·cm-1，而电子电导率仅为1.936×10-8 S·cm-1。利用该电解质制备的712 NCM/LPSC/In-Li全固态电池在0.1 C的充放电倍率下首周放电比容量高达151.3 mAh·g-1，且具有优良的循环稳定性。
