二、Adv． Funct． Mater．：高性能氧化石墨烯基全固态超级电容器的电容增强机制及设计原理

近日，西北工业大学的夏振海教授（通讯作者）团队在Advanced Functional Materials发文，题为“Capacitive Enhancement Mechanisms and Design Principles of High－Performance Graphene Oxide－Based All－Solid－State Supercapacitors”。全固态超级电容器是一种高效稳定的能量储存器件，能以各种几何形状被集成在芯片上去满足不同的智能穿戴电子器件的应用。但是低的能量密度一直是制约其应用的瓶颈。本研究通过分子动力学模拟和氧化石墨烯基超级电容器的理论分析，得到以下成果：第一，建立了氧化石墨烯基超级电容器的高能密度的设计原理；第二，基于此设计原理，一种新的氧化石墨烯基超级电容器被设计，它的能量密度是目前传统的液态基和固态基电解质电容器中最高的；第三，提出了两种新颖的高性能多层氧化石墨烯（GO）／石墨烯（rGO）电容器的设计思路。以上研究结果不仅得到了实验结果的支撑，而且能很好的为将来的超级电容器设计乃至其它的能量储存和转化器件的设计提供理论指导和技术支持。

【图文简介】图1． 氧化石墨烯（GO）基超级电容器的三种基本单元示意图

a） 间距为8的两rGO层；

b） 间距为8的两GO层；

c） 间距为8的GO层与rGO层；

d） （a）中模型的3D示意图；

图2． 分子结构和原子密度

a） 在Z方向上施加3 V 1的外场，限制在两rGO层之间的水分子被极化后的结构；

b） 在Z方向上施加4 V 1的外场，限制在两GO层之间的水分子被极化后的结构；

c） 在Z方向上施加7 V 1的外场， 限制在GO层与rGO层之间的水分子被极化后的结构；

d） 在Z方向上施加3 V 1的外场后，相应的两rGO层之间的原子密度分布；

e） 在Z方向上施加4 V 1的外场后，相应的两GO层之间的原子密度分布；

f） 在Z方向上施加7 V 1的外场后，相应的GO层与rGO层之间的原子密度分布；

三、Science Advances：利用无序钠空位构筑高倍率钠离子电池正极材料

最近，中国科学院化学研究所郭玉国研究员和中国科学院物理研究所谷林研究员（共同通讯作者）选取了典型的P2－Na2／3Ni1／3Mn2／3O2 （P2－NaNM）材料为模型研究体系，通过合理的结构调制策略设计出了一种钠空位完全无序的P2－Na2／3Ni1／3Mn1／3Ti1／3O2 （P2－NaNMT）正极材料。组装钠离子电池测试表明钠空位无序彻底消除了由于钠空位有序重排造成的电压平台，整个电化学过程完全为斜坡式的固溶体反应，从而大幅度提高了P2型正极在高倍率下的电池性能。基于第一性原理密度泛函理论计算表明，钛的引入缩小了Nae和Naf之间的位能差，显著了提高了钠离子在过渡金属层间的扩散性质。这通过恒流间歇滴定法结合第一性原理分子动力学模拟得到进一步验证（钠离子扩散系数在10－10 cm2 s－1量级，扩散活化能170 meV）。该工作近期以＂Na＋／vacancy disordering promises high－rate Na－ion batteries”为题发表在期刊Science Advances上。

【图文导读】

图1 P2－NaNM和P2－NaNMT的晶体结构

（A）P2－NaNM和（B）P2－NaNMT的XRD精修谱图。

（C）P2－NaNMT的晶体结构示意图。

（D， E）P2－NaNMT在［010］带轴的ABF－STEM和HAADF－STEM图。

（F， G）P2－NaNMT在［001］带轴的ABF－STEM和HAADF－STEM图。

（H）P2－NaNMT的TEM－EDS图。

图2 P2－NaNM和P2－NaNMT的电化学性能

（A）P2－NaNM和（B）P2－NaNMT的在0．1C下的恒流充放电曲线。

（C）P2－NaNMT的不同循环圈数对应的充放电曲线。

（D）P2－NaNM和P2－NaNMT的倍率性能对比图。

（E）P2－NaNM和P2－NaNMT在1C下的长循环性能对比图。