一、金属离子电池

科研团队：南开大学陈军院士团队

信息来源：《金属离子电池》（陈军，张凯，严振华编著，2024.6）

储能应用：太金属离子电池（Li，Na，K，Zn等）在能量的高效存储领域表现出巨大应用潜力。随着电池储能市场和规模的快速增长，对电池的各方面性能提出了更高的要求。新型材料和工艺设计研究有利于促进金属离子电池在动力电池和大规模储能中的应用。开发高能量密度、低成本、宽温域、绿色安全离子电池是面向清洁交通、信息通讯、航空航天等领域的创新应用。

技术挑战：随着技术的不断发展，金属离子电池有望在储能领域发挥更重要的作用，并进一步推动新能源产业的进步。然而，目前仍有一些挑战需要解决，如提高电池的循环寿命、能量密度、倍率性能等，以及降低成本、优化电池管理系统等。

二、可再生微米级硅负极在高压锂离子电池的应用

科研团队：中国科学院青岛生物能源与过程研究所崔光磊团队

信息来源：《Nature Sustainability》发表题为Recycled micro-sized silicon anode for high-voltage lithium-ion batteries的论文

储能应用：相较于传统石墨负极，具有更高理论比容量的硅基材料被认为是颇有前景的锂离子电池负极材料。然而，硅基负极在充放电时存在较大的体积变化，并伴随有材料结构粉化和电极/电解质间的界面副反应，限制了其循环寿命。因此，优化硅基材料的结构、开发与之匹配的电解质，对于进一步提升硅基负极材料的循环性能具有重要意义。研究团队展示了从光伏废弃物回收的微米级Si（μm-Si）可以作为阳极材料，益于合理的电解液设计，其表现出99.94%的平均库仑效率，并在200个循环后保持其初始容量的83.13%。通过使用3M LiPF6在1,3-DX/1,2-DEE的醚基电解液，NCM811||μm-Si软包电池在恶劣条件下仍能耐受80个循环，并表现出340.7 Wh kg−1的能量密度。这项工作不仅为Si颗粒提供了一个更可持续的供应来源，而且解决了μm-Si负极材料面临的主要问题。

技术挑战：可再生微米级硅负极在高压锂离子电池中仍然面临体积膨胀、界面不稳定、导电性差、循环稳定性差等挑战。研究人员正在不断探索解决方案，例如通过优化硅的结构设计、开发高性能的粘结剂和电解质、采用预锂化技术等方法来提高硅负极的性能。同时，也需要进一步研究和解决硅负极在大规模应用中面临的成本、生产工艺等问题。

三、高稳定性低铱载量催化剂实现高效质子交换膜电解制氢

科研团队：日本理化学研究所可持续资源科学中心Ailong Li研究团队

信息来源：《Science》发表题为Atomically dispersed hexavalent iridium oxide from MnO2 reduction for oxygen evolution catalysis的论文

储能应用：质子交换膜（PEM）电解水由于具有高功率密度和良好的负载而成为一种有前景的制氢技术，其中的析氧反应（OER）催化剂通常使用较稳定的铱氧化物。然而铱的年产量有限，以目前的负载量难以实现PEM电解制氢的大规模应用。因此，在不影响OER催化剂活性和稳定性的情况下减少铱的负载量，是实现大规模高效稳定PEM电解制氢技术的关键。研究报道了一种原子分散的六价氧化铱用于PEM电解水技术的应用策略，用氧化锰氧化取代六氯铱酸钾配体合成了六价氧化铱，从而提高了PEM电解水制氢的活性和稳定性。合成的IrVI-ado中铱的主要赋存形态为六价铱，并且在高电流密度、长时间的工作环境下铱的价态几乎保持不变，最终减少了96%的铱负载量，且无需补偿活性和稳定性。

技术挑战：六价氧化铱（IrO2）作为一种重要的无机化合物，具有广泛的应用前景。它在电催化和光催化中具有重要作用，并在化学反应中表现出优异的催化活性和选择性。但其成本高、稳定性、耐久性、 规模化生产等方面的挑战。研究人员正在不断探索新的材料和技术，例如开发非贵金属催化剂、改进催化剂的制备方法、优化电解槽的设计等方式来应对挑战。