中科院青能所自主开发出高比能储镁正极材料
2020-05-12 15:26:50 来源: 科技日报 作者: 王健高 刘佳 杜奥冰 董杉木
5月12日，记者从中国科学院青岛生物能源与过程研究所获悉，该所崔光磊研究员带领的仿生与固态能源系统研究组自主开发出一系列硼基镁电解质体系，有助于一系列高比能储镁正极材料的开发研究。此次最新科研成果在国际权威期刊《德国应用化学》上。
可充镁金属电池作为后锂离子电池时代最具竞争力的储能体系之一，凭借其高比能、高安全和低成本等诸多优点，正受到产学研界的日益关注。然而，镁金属电池的发展一直受限于两大瓶颈问题：一是缺乏同时兼顾镁金属负极与相应正极需求的镁电解质体系；二是缺乏性能优异的储镁正极材料，因为二价镁离子（Mg2+）具有较高的电荷密度，造成Mg2+在正极材料晶格内部受到库伦力作用的牵制而造成离子扩散速度缓慢，所以常见的嵌入型正极材料普遍表现出较差的可逆脱嵌Mg2+能力。
针对镁电解质方面的问题，崔光磊带领仿生与固态能源系统研究组开发出的一系列硼基镁电解质体系，表现出优异的可逆沉积溶解镁性能和导Mg2+能力（Adv. Energy Mater., 2017, 1602055；Electrochem. Commun., 2017, 83, 72；Energy Environ. Sci., 2017, 10, 2616-2625；ACS Appl. Mater. Interfaces 2018, 10, 28, 23757-23765；Advanced Materials, 2019, 31(11): 1805930）。针对储镁正极材料方面的问题，研究人员则重点关注具有高比容量特性的转化型正极，基于前期自己开发的硼基镁电解质体系，研究组已开发了具有高能量密度的镁-硫、镁硒电池体系（Adv. Funct. Mater., 2017, 1701718；Energy Storage Materials, 2020, 26: 23-31），发现了在硫、硒等正极中引入金属铜能够极大地提升正极侧电化学反应的速率和可逆性，分析其原因在于，金属铜的存在促使了正极侧铜硒化合物和铜硫化合物的生成，但关于铜硒化合物和铜硫化合物的具体储镁机理过程仍有待揭示。
最近，该研究组最新研究工作发现在Cu3Se2这一铜硒化合物正极中，Cu+作为活性载流子能够有效调控正极侧的电化学镁化/去镁化过程。具体而言，Cu+在正极材料内部与其界面处液相电解液间建立了快速、可逆的化学平衡，从而在正极侧引入了Cu+/Cu氧化还原电对，而Cu+/Cu高度可逆的氧化还原反应极大地降低了充放电过程中正极侧的极化电压并提升了比容量。通过Cu+的媒介作用，镁电池正极反应的可逆面容量可以提升至12.5 mAh cm-2。值得一提的是，电极和电解质之间的Cu+平衡也可能存在于其他铜硫化合物或铜硒化合物正极中，例如Cu2S和Cu2Se。这一电化学反应机制的揭示将有助于一系列高比能储镁正极材料的开发研究。
图为Cu+调控Cu3Se2镁化/去镁化过程的机理示意图。杜奥冰 董杉木供图
2020-05-12 15:26:50 来源: 科技日报 作者: 王健高 刘佳 杜奥冰 董杉木
5月12日，记者从中国科学院青岛生物能源与过程研究所获悉，该所崔光磊研究员带领的仿生与固态能源系统研究组自主开发出一系列硼基镁电解质体系，有助于一系列高比能储镁正极材料的开发研究。此次最新科研成果在国际权威期刊《德国应用化学》上。
可充镁金属电池作为后锂离子电池时代最具竞争力的储能体系之一，凭借其高比能、高安全和低成本等诸多优点，正受到产学研界的日益关注。然而，镁金属电池的发展一直受限于两大瓶颈问题：一是缺乏同时兼顾镁金属负极与相应正极需求的镁电解质体系；二是缺乏性能优异的储镁正极材料，因为二价镁离子（Mg2+）具有较高的电荷密度，造成Mg2+在正极材料晶格内部受到库伦力作用的牵制而造成离子扩散速度缓慢，所以常见的嵌入型正极材料普遍表现出较差的可逆脱嵌Mg2+能力。
针对镁电解质方面的问题，崔光磊带领仿生与固态能源系统研究组开发出的一系列硼基镁电解质体系，表现出优异的可逆沉积溶解镁性能和导Mg2+能力（Adv. Energy Mater., 2017, 1602055；Electrochem. Commun., 2017, 83, 72；Energy Environ. Sci., 2017, 10, 2616-2625；ACS Appl. Mater. Interfaces 2018, 10, 28, 23757-23765；Advanced Materials, 2019, 31(11): 1805930）。针对储镁正极材料方面的问题，研究人员则重点关注具有高比容量特性的转化型正极，基于前期自己开发的硼基镁电解质体系，研究组已开发了具有高能量密度的镁-硫、镁硒电池体系（Adv. Funct. Mater., 2017, 1701718；Energy Storage Materials, 2020, 26: 23-31），发现了在硫、硒等正极中引入金属铜能够极大地提升正极侧电化学反应的速率和可逆性，分析其原因在于，金属铜的存在促使了正极侧铜硒化合物和铜硫化合物的生成，但关于铜硒化合物和铜硫化合物的具体储镁机理过程仍有待揭示。
最近，该研究组最新研究工作发现在Cu3Se2这一铜硒化合物正极中，Cu+作为活性载流子能够有效调控正极侧的电化学镁化/去镁化过程。具体而言，Cu+在正极材料内部与其界面处液相电解液间建立了快速、可逆的化学平衡，从而在正极侧引入了Cu+/Cu氧化还原电对，而Cu+/Cu高度可逆的氧化还原反应极大地降低了充放电过程中正极侧的极化电压并提升了比容量。通过Cu+的媒介作用，镁电池正极反应的可逆面容量可以提升至12.5 mAh cm-2。值得一提的是，电极和电解质之间的Cu+平衡也可能存在于其他铜硫化合物或铜硒化合物正极中，例如Cu2S和Cu2Se。这一电化学反应机制的揭示将有助于一系列高比能储镁正极材料的开发研究。
图为Cu+调控Cu3Se2镁化/去镁化过程的机理示意图。杜奥冰 董杉木供图
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KF 链球菌HiVeg琼脂基础-植物源培养基
英文：KF Streptococcal HiVeg™ Agar Base
品牌：HiMedia 货号：MV248 规格：500g/瓶 用途：用于【地表水】中【粪链球菌】的【选择性分离】和【计数】。可采用直接接种或薄膜过滤法。也可用于临床样品。
原理和说明
链球菌是球形的革兰氏阳性细菌，是人口腔，皮肤，肠道，上呼吸道的共生菌群。粪便中的链球菌包括粪链球菌、尿链球菌、牛链球菌和杜兰链球菌，它们均含有D族兰斯菲尔德抗原，致病力较弱。但对于使用导管病人，它们常引起尿路感染。对于胃部手术患者，引起腹部伤口感染等。
Kenner-Faecal (KF) 培养基由 Kenner等人开发【1】,【2】 ，用于检测水和食品中的链球菌。
它被APHA（美国公共卫生协会）推荐用于食品中的粪便链球菌的计数【3】。
培养基中的叠氮钠是一种选择因子，阻碍革兰氏阴性菌的生长。培养基中的2,3,5-三苯基四唑氯化物在活细胞中被还原为不溶的甲臜，形成粉色或红色的菌落。能耐受叠氮钠的细菌，发酵乳糖和/或麦芽糖后，使指示剂变为黄色。
将样品直接划线或将过滤水样的滤膜放置在培养基上。在35-37℃下孵育24-48小时后，肠球菌显示为粉色至红色菌落。在进行这种初步鉴定后，应进行进一步的确证试验【4】,【5】。
KF 链球菌HiVeg琼脂基础用植物蛋白胨完全替代动物源性蛋白胨后，培养功效完全一致，且：
（1）批间差异更小，
（2）增菌时由于动物蛋白造成的干扰因素更少，
（3）避免疯牛病（BSE / TSE）、口蹄疫等相关动物病毒的风险，
（4）对实验人员及实验环境更安全。
此产品完全无动物源成份。
储存和保质期
干粉培养基在10-30℃密闭保存，制备好的培养基在2-8℃保存。在标签上的效期内使用。
参考文献
1.KennerB. A., Clark H. F. and Kabler P. W.,1960, Am. J. Public Health, 50:1553.
2..KennerB. A.,ClarkH. F. and Kabler P. W., 1961,Appl. Microbiol., 9:15
3. Salfinger Y., andTortorello M.L. Fifth (Ed.), 2015, Compendium of Methods for theMicrobiological
Examination of Foods, 5th Ed., American Public HealthAssociation,Washington,D.C.
4. Facklam R. R. and Moody M.P., 1970, Appl. Microbiol., 20:245
5. MacFaddin J. F., 1985,Media for Isolation-Cultivation-Identification-Maintenance of Medical Bacteria,
Vol. 1, Williams and Wilkins,Baltimore.
英文：KF Streptococcal HiVeg™ Agar Base
品牌：HiMedia 货号：MV248 规格：500g/瓶 用途：用于【地表水】中【粪链球菌】的【选择性分离】和【计数】。可采用直接接种或薄膜过滤法。也可用于临床样品。
原理和说明
链球菌是球形的革兰氏阳性细菌，是人口腔，皮肤，肠道，上呼吸道的共生菌群。粪便中的链球菌包括粪链球菌、尿链球菌、牛链球菌和杜兰链球菌，它们均含有D族兰斯菲尔德抗原，致病力较弱。但对于使用导管病人，它们常引起尿路感染。对于胃部手术患者，引起腹部伤口感染等。
Kenner-Faecal (KF) 培养基由 Kenner等人开发【1】,【2】 ，用于检测水和食品中的链球菌。
它被APHA（美国公共卫生协会）推荐用于食品中的粪便链球菌的计数【3】。
培养基中的叠氮钠是一种选择因子，阻碍革兰氏阴性菌的生长。培养基中的2,3,5-三苯基四唑氯化物在活细胞中被还原为不溶的甲臜，形成粉色或红色的菌落。能耐受叠氮钠的细菌，发酵乳糖和/或麦芽糖后，使指示剂变为黄色。
将样品直接划线或将过滤水样的滤膜放置在培养基上。在35-37℃下孵育24-48小时后，肠球菌显示为粉色至红色菌落。在进行这种初步鉴定后，应进行进一步的确证试验【4】,【5】。
KF 链球菌HiVeg琼脂基础用植物蛋白胨完全替代动物源性蛋白胨后，培养功效完全一致，且：
（1）批间差异更小，
（2）增菌时由于动物蛋白造成的干扰因素更少，
（3）避免疯牛病（BSE / TSE）、口蹄疫等相关动物病毒的风险，
（4）对实验人员及实验环境更安全。
此产品完全无动物源成份。
储存和保质期
干粉培养基在10-30℃密闭保存，制备好的培养基在2-8℃保存。在标签上的效期内使用。
参考文献
1.KennerB. A., Clark H. F. and Kabler P. W.,1960, Am. J. Public Health, 50:1553.
2..KennerB. A.,ClarkH. F. and Kabler P. W., 1961,Appl. Microbiol., 9:15
3. Salfinger Y., andTortorello M.L. Fifth (Ed.), 2015, Compendium of Methods for theMicrobiological
Examination of Foods, 5th Ed., American Public HealthAssociation,Washington,D.C.
4. Facklam R. R. and Moody M.P., 1970, Appl. Microbiol., 20:245
5. MacFaddin J. F., 1985,Media for Isolation-Cultivation-Identification-Maintenance of Medical Bacteria,
Vol. 1, Williams and Wilkins,Baltimore.
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