电池

以BFCZY和BCO-BFCZY氧电极的电池在600°C含30%水的空气中的稳定性；

（i）以BCO-BFCZY氧电极的电池长期后的截面SEM图。

(d)CZTS-BiVO₄串联体系电池的工作照片；

II催化加速多硫化物吸附与氧化还原反应

Tafel分析进一步表明，FeTe/NC电池整个氧化还原过程的活化能明显降低：S₈到Li₂Sₙ为50.38kJ·mol⁻1，Li₂Sₙ到Li₂S为118.95kJ·mol⁻1，Li₂S氧化为59.72kJ·mol⁻1，反映出FeTe/NC原子对的高催化效率。

多扫速CV和Randles–Sevcik方程计算显示，FeTe/NC电池的Li⁺扩散更快，同时EIS测试表明其界面电荷传递阻力最低，电子和离子传输加速。

(b,c)FeTe/NC吸附Li₂S₆前后的Fe2p和Te3d光谱。

在高硫负载(8.7mgcm⁻2)和低电解液条件下，FeTe/NC电池面容量达5.6mAhcm⁻2，超过锂离子电池。

循环性能方面，FeTe/NC电池200周期后仍保持954mAhg⁻1(容量保持率83%)，远超Fe/NC(66.4%)和裸PP(51.4%)。

（3）添加过渡层后，Ni|TL|MS-rPCC电池的界面结合力和结构稳定性显著增强，电池表现出良好的电化学性能和优异的稳定性。

即使在2C大电流密度下，使用PEO-FMOF的电池仍能表现出出色的循环性能，循环次数超过2000次，没有明显的容量衰减。

R-Co₃O₄NS/CP电池不仅循环寿命更长，而且其充电电压比CP电池低约0.4-0.5V，回合效率(Round-tripefficiency)也明显更高(图2g-h)。

循环伏安(CV)曲线结果表明，在2.0-4.8V电压窗口内，R-Co₃O₄NS/CP电池的氧还原(ORR)与氧析出(OER)峰电流密度显著高于CP和rac-Co₃O₄NS/CP，显示出更优异的双功能催化活性(图2b)。

相比之下，R-Co₃O₄NS/CP电池在相同条件下能够稳定运行超过300h(约33圈)，且充电电压始终保持更低水平(图2c)。

(f)LFP//BLi和LFP//SCP@Li电池的倍率性能及后续循环性能表现。

NCM811//SCP@Li电池的CV曲线在不同扫描速率下仍呈现出对称且尖锐的氧化还原峰，表明界面反应具有良好的可逆性和快速的动力学过程(图6a、6b)。

循环稳定性测试显示，使用TOCN-A隔膜的电池在2Ag⁻1下也展示出优异的长循环性能(10000次循环后的容量保留率为94.2%，平均每圈容量衰减率低至0.0058‰)，显著优于现有文献报道的同类体系。

CP电池循环寿命不足100h，而rac-Co₃O₄NS/CP电池约在200h(约20圈)后迅速衰减。

倍率测试中，异质结电池在0.1C下容量达1259mAhg⁻1，4C时仍保持完整放电平台(图4c，d)，而单一组分材料在高倍率下平台消失。

恒流测试中，异质结电池在0.1C下容量高达1262mAhg⁻1(图4h)，且半容量电压差(ΔE)和低电压平台容量占比(QL/QH)表明其有效降低了极化并提升了Li₂S沉积效率(图4i)。

引入过渡层的电池在热循环和室温冷启动测试中，表现出较低的衰减率以及良好的结构稳定性。

由于热膨胀的不匹配，在电池制备以及测试之后，未添加过渡层的电池表现出不同程度的缺陷，例如宏观上的结构剥落以及微观上的裂纹。

•未涂层电池中锂金属和SPE均已熔化，说明其内部温度至少达到了锂金属熔点(180.5°C)；

•未涂层电池：25秒；

•涂层电池中的SPE仍保留机械强度与柔性(详见视频S6)，说明其内部温度未达到60°C。

•涂层电池：105秒。

在燃烧测试中，如图6c所示，随着火焰加热，两块电池横截面附近的温度持续上升，但涂覆双层涂层的电池升温速度明显更慢，且保持稳定，而未涂覆电池温度则一直上升。

当温度继续升高至一定程度后(如未涂层电池约38秒)，SEI层开始分解，引发OCV的第二次波动：

(c-d)分别为不添加/添加重整层电池在长期测试中的尾气成分变化；

图5(a)不添加/添加重整层的电池在700°C、10%燃料浓度下持续运行100小时的稳定性对比；

添加重整层的电池在700°C、5-15%燃料浓度下的峰值功率密度（538-614mW·cm-2）显著高于无重整层电池。

随着浓度增加，两种电池的极化阻抗（Rₚ）均降低，但添加重整层电池的Rₚ更低，这归因于R-NFCO促进了燃料转化和传质过程。

对比其他MS-PCFC的性能，本文设计制备的电池性能也较为领先。

添加过渡层后，电池的FC模式性能峰值功率密度有较为明显的提升，说明过渡层的引入提升了界面强度，从而增强了电池的性能。

然而，在零度以下的低温条件下，锂离子电池的性能和安全性显著下降，严重限制了其在温度敏感领域(如卫星、深空探测器和潜艇等)的应用。

5a)，并建立电解液物理化学性质与电池性能之间的相关模型，实现电解液性能的准确预测与优化。

活化能越高，Rct越大，电荷转移速率越慢，从而在低温下显著降低电池性能。

锂沉积不仅加速电池性能衰减，还带来一系列严重的安全隐患。

这些结果共同表明，CoWO₄/WO₂异质结通过协同吸附、催化和离子传输机制，显著提升了Li-S电池的性能。

使用非水金属(Li/Na/K)的电池可以提供高能量密度，但其活性限制了电池的性能，通常需要使用有机液体溶剂或固态电解质。

然而，有机电解液中的某些副反应阻碍了电池性能的进一步提升。

F多个电池循环过程中的信号幅值变化(第1次循环的信号作为基准，210次循环时的偏移明显大于100次循环)。

研究展示了该传感器在监测锂电池循环过程中的厚度变化方面具有出色的灵敏度与耐久性。

此外，部分沉积金属锂在循环过程中无法参与反应，转化为“死锂”，导致电池容量的不可逆衰减。

例如，一种具有“夹层”结构的安培型H₂传感器已被证实在锂电池安全监测中具有显著潜力。

在大型锂电池组中，这项能力突破了传统模块级热监测的局限，能提供电芯级别的温度数据，提升电池安全与性能，并通过先进的电池管理系统(BMS)防止失效。

如此高的精度使得其能够早期检测由老化或锂沉积引起的不可逆膨胀，对电池安全性至关重要。

检测和监测电解液蒸气的能力对于确保电池安全性和优化性能至关重要。

研究结果提供了关于电池安全性的重要见解，表明监测压力变化可作为热失控的早期预警信号，其诱因可能为过充或过热(图3H)。

该传感器的成功应用表明其可能彻底改变电池管理系统(BMS)，实现对锂电池故障的早期预警并显著提升电池安全性能。

该方法有望区分枝晶与副产物的形成，两者都对电池安全性与库仑效率造成显著影响(图9F,G)，可用于优化电解液选择与预测性检测不均匀锂沉积现象(图9H–J)。

这些传感器展现出极高的准确性，可作为高性能电池安全传感器，防止故障锂电池释放潜在爆炸性蒸气。

这些传感器通常应用于电动汽车和可再生能源系统的电池管理系统(BMS)，以确保电池的安全和最优运行状态。

通过监测应变水平，这些传感器能够对可能危及锂电池安全与性能的机械应力发出早期预警。

I锂离子电池在低温下的挑战

然而，这并不意味着锂金属电池在低温下完全没有与锂沉积相关的问题。

（b）（c）未添加过渡层制备的电池发生的结构剥落；

(a)电解质溶剂的介电常数对Li-O2/CO₂电池反应过程的影响。

（a）有无过渡层的电池制备和对比；

例如，将应变、声学和磁性测量与电化学阻抗谱(EIS)相关联，可深入了解电池内部的动态过程，包括电荷转移电阻、双电层电容以及固态电解质界面(SEI)特性在充放电周期中的变化。

例如，磁场成像技术可实现电池内部电流分布的非侵入式可视化。

在大型锂电池中实现原位机械压力测量的过程面临显著困难，这是由于电池内部环境恶劣以及电池壳体产生的干扰。

尽管基于光纤的商用BMS尚处于开发早期，但已有研究积极探索其在温度监控和电池内部状态检测方面的应用潜力。

所设计的TFRTD在不同电流速率下的30–80°C范围内，实现了对锂电池内部加热过程的实时监测，表现出显著潜力。

有研究表明，对锂电池施加磁场会引起磁化效应，在电池内部形成多个微小磁偶极子。

此外，为准确映射电池内部温度梯度，RTD需要精确布设，这可能增加系统集成难度与成本。

此外，锂电池内部恶劣的化学环境可能导致热敏电阻材料降解，潜在释放有害物质，从而影响电池性能。

此类传感器通常包括基于电化学和光学的传感器，它们提供对电池内部状态的洞察，支持更精准的控制策略。

然而，锂电池内部的恶劣环境(如电解液的腐蚀性、电极反复膨胀/收缩以及显著的温度梯度)可能导致传感器材料的降解(如封装层脱层)。

电池内部温度的进一步上升会加速化学反应(而非所期望的电化反应)，导致更多热量的生成，进而引发电池部件的降解，并显著增加热失控(TR)的风险，可能引起火灾甚至爆炸的严重危险。

研究还发现，在实际电动汽车使用条件下，即便存在电载荷，电池内部温度始终高于表面温度。

该技术通过随时间测量UV–vis光谱的变化，可对锂电池内部化学反应过程进行实时监控，进而预测电池剩余寿命。

这些传感器可以放置在锂电池表面，也可以嵌入电池内部。

本研究阐明了CoWO₄/WO₂异质结构的催化机制，并为高性能Li-S电池催化剂提供了一种有前景的设计策略。

纳米技术、小型化、机器学习算法和无线传感器网络的进步推动了锂电池传感器技术的创新潜力，这些有助于提高传感器性能。

综上所述，锂电池传感器技术的发展道路本质上融合了潜力、挑战与机遇。

要有效释放锂电池传感器技术的全部潜力，解决这些问题至关重要。

开发锂电池传感器面临的主要挑战包括小型化、功耗、成本效益和可扩展性，以及与现有电池管理系统的兼容性。

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同时能赋予Zn-I₂电池优异的倍率性能与超长循环寿命(10000圈循环后容量保持率为94.2%)。

有无过渡层的电池的FC模式的电化学性能以及与其他MS-PCFC的性能对比。

引入过渡层后，电池的EC模式下性能也有所提升。

有无过渡层的电池EC模式的电化学性能以及与其他MS-PCEC的性能对比。