近日，我院邢伟教授领衔的先进能源材料实验室在新型离子电池和电催化领域取得系列进展。团队围绕国家能源发展战略，针对新能源、新材料技术开发中的关键科学问题开展前瞻性研究工作，相关论文先后在本领域顶级学术期刊Nano-Micro Letters《纳微快报》、Energy & Environmental Science《能源与环境科学》、Angew. Chem. Int. Ed.《德国应用化学》、Energy Storage Materials《储能材料》上发表。相关工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、山东省自然科学基金等项目资助。
(1) 金属负极的腐蚀问题，全面梳理金属负极的腐蚀机制与缓蚀策略
水系金属电池（AMB）直接采用金属作为负极（如Zn、Al、Mg等），不仅在大规模储能领域，在可穿戴、生物相容性等应用方面也具有优越性。然而，金属负极在水系电解液中通常会出现严重的腐蚀问题，通常伴有氢气和惰性腐蚀产物，导致容量衰减和电池寿命不理想。为此，本综述全面讨论和总结了金属负极在水系电解质中腐蚀的基本机理和关键影响因素。随后，总结和归类了腐蚀抑制方面的最新成果，以评估各种策略（如界面工程、合金工程、电解液工程等）的优缺点。介绍了金属负极腐蚀过程研究中的先进表征技术。最后，本文还强调了解决金属负极腐蚀问题所面临的挑战以及该领域的潜在研究方向，以其为今后的研究提供合理和优异的借鉴。该工作以题为“Corrosion of metallic anodes in aqueous batteries”发表在 Energy & Environmental Science上。论文第一作者为李学进副教授、刘鹏云副教授，通讯作者为邢伟教授、支春义教授，通讯单位为中国石油大学（华东）、香港城市大学。
(2) 有机间隔阳离子的分子结构设计助力Ruddlesden-Popper钙钛矿的光伏应用前景
低维层状结构的Ruddlesden–Popper（RP）钙钛矿（RPP）因其优良的稳定性引起了光伏领域研究者的极大兴趣，为促进钙钛矿太阳能电池（PSC）技术的发展带来了希望。然而，二维（2D）或准二维的RP钙钛矿太阳能电池（RP PSCs）面临激子结合能大、电荷传输受阻和薄膜质量差等关键问题，限制了它们的光伏性能。庆幸地是，这些问题都可以通过 合理设计RPPs的间隔阳离子结构来轻松解决。为此，我院先进材料团队综述了如何通过有机间隔物的分子结构设计解决上述提及的关键问题，提升RP PSCs的光伏性能。该综述首先阐明了有机间隔物在影响RPPs结晶动力学、电荷传输能力和稳定性方面发挥的重要作用；然后提出了设计有机间隔阳离子应该重点考虑的三个方面；最后以提升RP PSCs的光伏性为目标，提出了五种RPPs有机间隔阳离子的的结构设计策略，这些策略将为新型有机间隔阳离子的开发提供新的思路。该综述以题为“Molecular Structure Tailoring of Organic Spacers for High‑Performance Ruddlesden-Popper Perovskite Solar Cells”发表在Nano-Micro Letters（2025, 17，35）上。刘鹏云副教授和李学进副教授为共同第一作者，邢伟教授为共同通讯作者，中国石油大学（华东）为第一通讯单位。
(3) 非磁性Si元素梯度掺杂缓解无钴高镍正极材料动力学迟滞
无钴高镍正极材料因不含钴元素而具有低成本和环境友好的优势，因此被认为是发展下一代高能量密度锂离子电池的重要组成。然而，它们在实际应用过程中面临放电容量低、速率能力差的动力学迟滞难题。本文基于晶格磁阻搓调控理论和界面结构设计工程，提出了非磁性Si元素梯度掺杂策略，有效解决了长期阻碍无钴高镍电池发展的动力学迟滞难题。本文也发现了磁性结构和界面化学组分对锂离子传输性能的强耦合效应，将为未来研究提供新方向。该工作以题为“Mitigating the Kinetic Hysteresis of Co-free Ni-rich Cathodes via Gradient Penetration of Nonmagnetic Silicon”发表在 Angew. Chem. Int. Ed.上。论文第一作者为21级博士生宋以俊，通讯作者为邢伟教授、薛庆忠教授、崔永朋副教授和唐永福教授，中国石油大学（华东）为第一通讯单位。
(4) 稀土离子预激发插层-转化机制实现钾离子的快速存储
由于钾离子在Se-M-Se片层结构中插入和传输需要克服一定的能垒，目前MSe2材料通常表现出缓慢的反应动力学，实现高效的“插层-转化”反应仍然存在很大的挑战。实际上，被忽视的由表面吸附控制的电容型工作机制，是具有实现碱金属离子快速储存潜力的，但这需要MSe2材料尽可能多地暴露Se-M-Se基面。为了实现这一目标，本文开发了稀土离子诱导预激发策略，一系列稀土离子(Re=Lu3+，Tm3+，Y3+，Gd3+，Sm3+，Nd3+和La3+)被引入Se-Mo-Se基面上，以产生丰富的表面活性位点。稀土离子具有合适的离子半径和独特的核外电子结构，可以很容易地取代Se或Mo原子，在Se-Mo-Se基面上留下高达14.2%的Se空位。因此，钾离子可以优先吸附在表面空位上。随后，这些被吸附的钾离子穿过Se-Mo-Se基面从缺陷位点而不是边缘，完成随后的“插层-转化”反应。由于这种集成的工作机制，组装的钾离子电池和钾离子电容器提供了卓越的钾离子存储能力。该工作以题为“Rare-earth ions induced pre-excitation of intercalation-conversion anode to achieve fast potassium-ion storage”发表在 Energy Storage Materials上，论文第一作者为崔永朋副教授，通讯作者为崔永朋副教授、邢伟教授和唐永福教授，通讯单位为中国石油大学（北京）、中国石油大学（华东）和燕山大学。
(5) 借助缺陷工程激活K-SeS2电池决速步骤，获得了优异的储钾性能
SeS2正极相比于硫正极具有较高的导电性和相当的理论比容量，在钾离子电池中表现出巨大的潜力。然而，实际研究中SeS2正极的实际容量远低于其理论值(通常小于400mAh g-1)。对此，团队基于原位拉曼技术和DFT计算，发现从K2S2到K2S的转化是K-SeS2电池中的决速步骤。决速步骤的不完全转化及其较差的可逆性是K-SeS2电池性能不佳的根本原因。此外，通过原位缺陷工程开发了一种高效的电催化剂TiNOx，基于选择性催化机制SeS2@TiNOx-C正极具有806.6 mAh g-1的高可逆容量，以及出色的循环稳定性。该工作以题为“Defect-engineered TiNOx catalyst targeted to activate rate-determining step for highly efficient K-SeS2 batteries”发表在 Energy Storage Materials上，论文第一作者为21级博士生周莉，通讯作者为邢伟教授、崔永朋副教授，中国石油大学（华东）为第一通讯单位。
(6) 构建“梯度氧空位工程”钙钛矿型氧化物，实现高倍率、长循环寿命的锂硫电池
钙钛矿型氧化物材料结构灵活可调控，是一种十分有前景的电催化剂，可以通过化学吸附和催化转化途径有效抑制锂硫电池中多硫化锂（LiPSs）的穿梭效应。但是受限于表面氧空位浓度，钙钛矿型氧化物催化转化LiPSs的效果不佳。针对该问题，我院先进材料团队设计了一种具有梯度氧空位工程的钙钛矿型氧化物催化剂（Sr0.05La0.95NiO3-x-σSx, Sr-LNO-S），通过简单的硫辅助二次煅烧的方法，实现了氧空位从催化剂表面到内部的梯度分布，从根本上激活了材料的表面态，实现了锂硫电池在高倍率下的长循环性能突破。该工作以题为“Radically activating surface status of perovskite oxides by gradient oxygen vacancy engineering for high-rate and durable Li-S battery”发表在Energy Storage Materials（2025，75，104065）上。2022级硕士生齐日新与赵联明副教授为共同第一作者，我院先进材料团队的邢伟教授与刘鹏云副教授为共同通讯作者，中国石油大学（华东）为第一通讯单位。
(7) 伪双层溶剂化鞘抑制溶剂化离子簇，驱动低温高功率锂离子电池
高浓电解液被认为能够有效降低锂离子溶剂化能垒，从而改善低温电池性能。然而，实际的低温电化学性能仍然不尽人意，传统观点认为这是由于高浓电解液在低温下的粘度增大、润湿性差以及导电性大幅下降所导致的。然而，这些观点不足以揭示性能差的根本原因。本文通过原位低温拉曼光谱技术，首次揭示了溶剂化离子簇的形成是导致高浓电解液在低温下电化学行为不理想的根本原因，并提出了“伪双层溶剂化鞘”策略，以抑制离子簇的形成，从而增强低温下锂离子的传输。优化后的电解液使NCM811//石墨全电池在-20 oC下实现了30分钟内的快速充电，并具有55.4%的高容量保持率。该工作以题为“Non-Clusters Pseudo-Bilayer Solvation Sheaths for Driving Low Temperature High Power Lithium Ion Batteries”发表在Energy Storage Materials上，论文第一作者为22级博士生邱智健，通讯作者为邢伟教授、崔永朋特任教授，通讯单位为中国石油大学（华东）和中国石油大学（北京）。
邢伟教授团队长期从事新能源材料领域的研究。近几年在Nat. Commun.、Angew. Chem. In. Ed.、Adv. Energy Mater.、ACS Energy Letter. 等期刊发表SCI收录的论文100余篇，论文他引10000 余次，H因子54，入选斯坦福大学发布全球前2% 顶尖科学家“终身榜”。研究成果得到了国家重点研发计划课题、国家自然科学基金（4项）、山东省自然科学基金的资助。
论文链接如下：
https://doi.org/10.1039/D5EE00075K
https://doi.org/10.1007/s40820-024-01500-7
https://doi.org/10.1002/anie.202409764
https://doi.org/10.1016/j.ensm.2024.103425
https://doi.org/10.1016/j.ensm.2024.103669
https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.155107
https://doi.org/10.1016/j.ensm.2025.104065
https://doi.org/10.1016/j.ensm.2025.104122
