范澤會(huì) ，張 辰 ，袁 博 ，凌國(guó)維

（1.天津大學(xué)海洋科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，天津300072；2.聯(lián)合泰澤環(huán)境科技發(fā)展有限公司）

海洋資源極為豐富，如何合理、高效地利用海洋這一巨大資源寶庫(kù)已成為一個(gè)重要的研究課題。 儲(chǔ)能科學(xué)是中國(guó)新能源發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分，儲(chǔ)能技術(shù)的核心是先進(jìn)儲(chǔ)能材料的發(fā)展。 隨著人們對(duì)海洋資源的開(kāi)發(fā)，新型海洋材料由于其種類(lèi)、組成和結(jié)構(gòu)的多樣性， 已經(jīng)有很多作為關(guān)鍵材料被廣泛應(yīng)用于儲(chǔ)能領(lǐng)域。與傳統(tǒng)材料相比，新型海洋材料種類(lèi)繁多、儲(chǔ)量豐富、環(huán)境友好，具有更高的實(shí)用價(jià)值與附加價(jià)值， 為綠色儲(chǔ)能以及儲(chǔ)能器件的商業(yè)化發(fā)展帶來(lái)全新機(jī)遇。

新型海洋材料即通過(guò)對(duì)海洋資源進(jìn)一步開(kāi)發(fā)得到的材料， 主要包括開(kāi)發(fā)生物資源得到的生物質(zhì)材料、 生物質(zhì)碳化材料以及開(kāi)發(fā)海底礦物資源得到的海底礦物材料等［1］。 隨著海洋科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，針對(duì)新型海洋材料探索與開(kāi)發(fā)的步伐不斷加快， 這為儲(chǔ)能領(lǐng)域的發(fā)展帶來(lái)了更多機(jī)遇與挑戰(zhàn)。

本文將以新型海洋材料種類(lèi)為軸， 以在儲(chǔ)能領(lǐng)域的應(yīng)用為線， 對(duì)新型海洋材料在儲(chǔ)能領(lǐng)域中的應(yīng)用進(jìn)行梳理。特別是對(duì)海洋生物質(zhì)材料、海洋生物質(zhì)碳化材料以及海洋礦物材料等新型海洋材料在前沿儲(chǔ)能領(lǐng)域，如鋰離子電池、鋰硫電池、鈉離子電池、超級(jí)電容器等方面的研究進(jìn)展做了總結(jié)， 并對(duì)未來(lái)發(fā)展方向進(jìn)行展望。

1 海洋生物質(zhì)材料

生物質(zhì)材料是指植物、 動(dòng)物及微生物等生命有機(jī)體及其內(nèi)含物，通過(guò)物理、化學(xué)和生物學(xué)等技術(shù)手段，提取得到的一種綠色材料。海洋作為一個(gè)巨大生態(tài)系統(tǒng)，包含大量海洋生物。 藻類(lèi)、海洋動(dòng)物以及海洋微生物體內(nèi)提取得到的海藻酸鈉、殼聚糖、纖維素等海洋生物質(zhì)材料，可廣泛應(yīng)用在食品、醫(yī)療等領(lǐng)域中。 海藻酸鈉是從褐藻類(lèi)的海帶或馬尾藻中提取碘和甘露醇之后的副產(chǎn)物，具有較高黏度，可以在極其溫和條件下快速形成凝膠，在食品、醫(yī)療等方面得到了廣泛應(yīng)用［1］。 在蝦蟹等海洋節(jié)肢動(dòng)物的甲殼、菌類(lèi)和藻類(lèi)細(xì)胞膜、 軟體動(dòng)物的殼和骨骼及高等植物細(xì)胞壁中存在大量甲殼素。 甲殼素作為僅次于纖維素的第二大天然高分子， 其產(chǎn)物殼聚糖結(jié)構(gòu)中的氨基基團(tuán)比甲殼素分子中的乙酰胺基基團(tuán)反應(yīng)活性更強(qiáng)，具有優(yōu)異生物學(xué)功能并能進(jìn)行化學(xué)修飾反應(yīng)，因此被認(rèn)為是比纖維素具有更大應(yīng)用潛力的功能性生物材料［2］。 纖維素是由葡萄糖組成的大分子多糖，是自然界中分布較廣、含量較高的一種多糖，是藻類(lèi)細(xì)胞壁的主要成分； 海洋中八疊球菌等微生物也可以合成細(xì)菌纖維素。除此之外，海藻酸鈉、殼聚糖、纖維素等生物質(zhì)材料有良好生物相容性， 且表面富含官能團(tuán)，因此具有良好成膜、成膠特性，使其在儲(chǔ)能領(lǐng)域的應(yīng)用成為可能。

1.1 黏結(jié)劑

海藻酸鈉作為一種高產(chǎn)量、 低成本的生物質(zhì)材料，具有良好穩(wěn)定性，含有大量—COO—，在水溶液中表現(xiàn)出聚陰離子行為，具有較高黏度特性。在電極中， 黏結(jié)劑是用來(lái)將電極活性物質(zhì)粘附在集流體上的高分子化合物， 其主要作用是黏結(jié)和保持活性物質(zhì)， 增強(qiáng)電極活性材料與導(dǎo)電劑以及集流體之間的電子接觸，緩解體積膨脹，更好地穩(wěn)定電極結(jié)構(gòu)。 因此，海藻酸鈉被作為黏結(jié)劑應(yīng)用于鋰離子電池、鈉離子電池等儲(chǔ)能器件中。R.N.Guo 等［3］通過(guò)將海藻酸鈉與羧甲基纖維素質(zhì)子化并混合的方式得到無(wú)定形交聯(lián)黏結(jié)劑，并將其作為鋰離子電池的硅負(fù)極黏結(jié)劑，對(duì)硅負(fù)極起到良好保護(hù)作用， 使硅負(fù)極因充放電而發(fā)生體積變化時(shí)，始終保持電極穩(wěn)定性，因此展現(xiàn)出良好的循環(huán)穩(wěn)定性（500 mA/g 電流密度下充放電150次后，放電比容量仍有 1 863 mA·h/g）。S.N.Zhang 等［4］直接將海藻酸鈉作為黏結(jié)劑應(yīng)用于鋰離子電池有機(jī)Li2TP 負(fù)極中，與常用黏結(jié)劑聚偏氟乙烯（PVDF）比較， 表現(xiàn)出更高循環(huán)穩(wěn)定性以及倍率性能， 在1C下，1 000 次充放電循環(huán)后仍保持130 mA·h/g 放電比容量以及接近100%的庫(kù)倫效率。PVDF 作為鈉離子電池正極黏結(jié)劑時(shí)， 在充放電循環(huán)過(guò)程中電極體積膨脹，導(dǎo)致電極材料表面出現(xiàn)裂紋，并與集流體脫離。 針對(duì)上述問(wèn)題，H.Xu 等［5］將海藻酸鈉作為鈉離子電池P2-Na2/3MnO2正極黏結(jié)劑，與PVDF 比較后，證明了海藻酸鈉黏結(jié)劑在抑制電極材料表面產(chǎn)生裂紋，防止電荷轉(zhuǎn)移阻抗增加，抑制電極與集流體脫離等方面具有重要意義，如圖1 所示。

殼聚糖是天然多糖中唯一堿性多糖， 具有大量親水官能團(tuán)（例如—NH2、—OH 等），與有機(jī)物互相吸附形成的有機(jī)聚合物常被作為黏結(jié)劑使用［2］。 M.Kuenzel 等［6］嘗試將殼聚糖作為水溶性黏結(jié)劑應(yīng)用在LiNi0.5Mn1.5O4正極中。 為進(jìn)一步提高電池性能，將殼聚糖與檸檬酸交聯(lián)后作為黏結(jié)劑， 結(jié)果顯示可以實(shí)現(xiàn)更高活性物質(zhì)負(fù)載量并保持良好循環(huán)穩(wěn)定性（1C下 120 mA·h/g）。 H.Yi 等［7］選用一種新型可水處理聚合物殼聚糖硫酸鹽乙胺甘酰胺作為硫正極黏結(jié)劑，使電池表現(xiàn)出良好循環(huán)性能。 1C 和6C 下分別進(jìn)行700 次和450 次充放電后， 衰減率僅為0.049%和0.089 5%，同時(shí)具有優(yōu)異倍率性能，在20C 下仍具有194.4 mA·h/g 放電比容量。

圖1 分別用PVDF 和海藻酸鈉黏結(jié)劑制備的Li2TP 極片循環(huán)前后對(duì)比圖［4］（a）；利用 PVDF 黏結(jié)劑制備的電極循環(huán)50 次后具有明顯可見(jiàn)裂痕的TEM 照片以及其中部分放大TEM 照片（b）；利用海藻酸鈉黏結(jié)劑制備的P2-Na2/3MnO2 50 次循環(huán)后具有 SEI 膜的 TEM 照片（c）［5］Fig.1 Photographs of Li2TP electrodes slices with PVDF and SA binder before and after cycles［4］（a）；TEM of the PVDF electrode after 50 cycles with visible cracks and enlarged TEM extracted from it（b）；TEM of P2-Na2/3 MnO2electrode with sodium alginate binders after 50 cycles with SEI（c）［5］

1.2 隔膜

海藻酸鈉因其高模量、 高濃度的極性基團(tuán)易與陽(yáng)離子交聯(lián)，是一種潛在膜材料。Y.Y.Lu 等［8］設(shè)計(jì)了一種明膠與海藻酸鈉雙交聯(lián)形成的三維水凝膠，將其放入ZnSO4溶液中作為鋅-空氣電池隔膜，展現(xiàn)出良好的離子傳導(dǎo)性、柔性、電化學(xué)穩(wěn)定性以及與鋅負(fù)極兼容性，此外還具有良好循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能，為可穿戴柔性電池提供了可能（如圖2 所示）。

圖2 明膠和海藻酸鹽為基礎(chǔ)的膜電解質(zhì)（GAME）的制備全過(guò)程示意圖（a）；明膠交聯(lián)戊二醛形成的聚合物與海藻酸鈉交聯(lián) CaCl2 形成的聚合物（b）［8］Fig.2 SchematicoftheoverallprocesstomakeGAME（a）；crosslinkedpolymersofG-GE（GEcross-linkwithglutaraldehyde）andCa-alginate（SAcross-linkwithCaCl2）（b）［8］

纖維素由于生物相容性好、物化性能穩(wěn)定，被認(rèn)為是理想的膜材料。 J.J.Zhang 等［9］以纖維素為基礎(chǔ)，利用電紡技術(shù)與浸涂工藝制備出具有良好電解質(zhì)潤(rùn)濕性、 耐熱性和較高離子傳導(dǎo)率的納米纖維復(fù)合非紡織布。以該材料作為隔膜的鋰離子電池，展現(xiàn)出良好倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性。Y.Chen 等［10］利用一步靜電紡絲方法， 得到一種新型PVDF/TPP/醋酸纖維素膜。 與傳統(tǒng)聚乙烯膜相比， 該復(fù)合膜具有更高孔隙率、耐熱性、電解液潤(rùn)濕性以及耐燃性，裝配于鋰離子電池中可展現(xiàn)出良好的循環(huán)穩(wěn)定性。

1.3 電極材料

殼聚糖可以與金屬互相吸附形成金屬-有機(jī)聚合，不經(jīng)過(guò)碳化處理，即可作為電極材料應(yīng)用于鋰硫電池當(dāng)中。 Y.N.Fan 等［11］設(shè)計(jì)了靜電作用/氫鍵結(jié)合一種殼聚糖—VO3-結(jié)構(gòu)，作為鋰硫電池正極材料，其V-Nx/C 結(jié)構(gòu)可以有效催化多硫化物的轉(zhuǎn)化動(dòng)力學(xué)，從而抑制穿梭效應(yīng)，具有良好倍率性能（5C 下仍有573.6 mA·h/g 放電比容量），同時(shí)在1C 放電電流下，500 次循環(huán)的放電比容量衰減率只有每循環(huán)0.087%，展現(xiàn)出良好循環(huán)穩(wěn)定性。

細(xì)菌纖維素的天然網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)使其具有成為電極材料的可能性。 X.J.Wang 等［12］以細(xì)菌纖維素為基礎(chǔ)制備全生物質(zhì)材料薄膜超級(jí)電容器， 其中電極材料選用含有獨(dú)特三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的細(xì)菌纖維素衍生物。 整個(gè)器件展現(xiàn)出優(yōu)異性能，放電容量達(dá)到289 mF/cm2，并有著良好的容量保持率。

海藻酸鈉、 殼聚糖以及纖維素等生物質(zhì)材料已經(jīng)在儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用， 實(shí)現(xiàn)了海洋資源與儲(chǔ)能領(lǐng)域的深度結(jié)合。 進(jìn)一步挖掘海洋生物質(zhì)資源，成為推動(dòng)儲(chǔ)能領(lǐng)域降低成本、實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)可持續(xù)化發(fā)展的重要手段。

2 生物質(zhì)碳化材料

海洋生物有機(jī)體的不同組成部分蘊(yùn)含著豐富獨(dú)特的天然結(jié)構(gòu)，如海藻的雙螺旋結(jié)構(gòu)和“雞蛋盒”結(jié)構(gòu)、螃蟹殼的纖維結(jié)構(gòu)以及魚(yú)鱗的層次孔結(jié)構(gòu)等。將生物有機(jī)體碳化或利用生物有機(jī)體天然結(jié)構(gòu)為模板材料碳化制備多孔碳材料， 可以很好地繼承生物質(zhì)材料本征的結(jié)構(gòu)特征，獲得具有高比表面積、豐富孔隙結(jié)構(gòu)的碳材料，在儲(chǔ)能領(lǐng)域中應(yīng)用前景良好。

海洋中存在大量藻類(lèi)，海帶、螺旋藻等許多品種藻類(lèi)被廣泛作為食品、藥物等應(yīng)用在生活諸多領(lǐng)域；藻類(lèi)內(nèi)部蘊(yùn)含的天然層次孔結(jié)構(gòu)使其具有作為碳前驅(qū)體的潛力，藻類(lèi)物質(zhì)經(jīng)過(guò)碳化處理后，可以得到兼具多種孔徑的高比表面積碳材料， 被廣泛應(yīng)用于超級(jí)電容器中。宗飛旭等［13］將海帶作為碳前驅(qū)體，通過(guò)清洗、酸化和高溫碳化過(guò)程制備了微孔/介孔復(fù)合多級(jí)孔碳納米材料， 作為電極材料應(yīng)用于超級(jí)電容器中。 在不同溫度下得到的碳材料中，800 ℃焙燒得到的多孔碳材料具有最大比表面積1 703.97 m2/g，在5 A/g 下比容量達(dá)到200 F/g， 并顯示出良好循環(huán)穩(wěn)定性。D.H.Li 等［14］以紅藻提取的卡拉膠-鐵凝膠為前驅(qū)體， 制備硫摻雜三維大孔/微孔/介孔多級(jí)層次孔碳?xì)饽z，具有可調(diào)控納米孔徑以及4 037.2 m2/g 的高比表面積。 將該材料作為電極分別應(yīng)用在水系和有機(jī)系電解液當(dāng)中，均具有較高放電容量（335 F/g和 217 F/g）以及良好倍率性能。 J.Wang 等［15］以藻類(lèi)為原料制備得到可控氮摻雜多孔碳材料， 其比表面積高達(dá)1 538.7 m2/g，孔容為0.99 cm3/g。 該材料作為電極材料應(yīng)用于超級(jí)電容器中， 展現(xiàn)出良好的倍率性能以及循環(huán)穩(wěn)定性，在10 A/g 電流密度下，仍有98%容量保持率。 D.M.Kang 等［16］將具有“雞蛋盒”樣微晶域的海藻碳化處理，得到孔徑為2～4 nm 的介孔碳材料，比表面積達(dá)到3 270 m2/g。 將該材料作為雙電層電容器的電極材料， 得到的電容器展現(xiàn)出良好倍率性能，在10 A/g 下仍有280 F/g 容量。

除了藻類(lèi)物質(zhì)，海洋中還存在大量動(dòng)物有機(jī)體。魚(yú)類(lèi)的骨骼、魚(yú)鱗，蝦蟹的外殼以及水母等具有獨(dú)特天然三維結(jié)構(gòu)， 經(jīng)過(guò)碳化處理后得到的性能優(yōu)良碳材料作為電極材料被應(yīng)用在諸多電池體系中。 L.Peng 等［17］利用螃蟹殼和谷殼，通過(guò)高溫碳化后用KOH 活化的方式制備得到層次多孔碳，作為鋰離子電池負(fù)極材料，獲得良好的循環(huán)穩(wěn)定性，在800 次充放電后，仍能保持266 mA·h/g 的放電比容量。 印度Gopukumar 教授團(tuán)隊(duì)將魚(yú)鱗碳化處理， 得到氮摻雜多孔碳材料，具有高比表面積（1 980 m2/g）和均勻孔徑分布。 以這種氮摻雜多孔碳材料作為負(fù)極的鋰離子電池在2 000 mA/g 下具有233 mA·h/g 的容量，庫(kù)倫效率達(dá)到90%，75 次循環(huán)后容量保持率為80%［18］。J.M.Han 等［19］利用海洋中的水母作為前驅(qū)體，制備具有微孔/介孔氮磷摻雜的活性碳材料，并將其作為鋰硫電池的硫載體， 展現(xiàn)出良好循環(huán)穩(wěn)定性，1C 下充放電300 次，每圈衰減率約為0.103%。同時(shí)，該材料也在吸附、 電催化和超級(jí)電容器等體系中展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。

螃蟹殼除了本身碳化后可以得到性能優(yōu)良碳材料， 獨(dú)特的天然結(jié)構(gòu)使其擁有作為天然模板的可能性。D.Bin 等［20］和 Z.Y.Guo 等［21］據(jù)此開(kāi)展了一系列工作，以天然螃蟹殼為模板，制備得到氮摻雜大孔納米碳纖維（NMCNAs）與介孔納米碳纖維（MCNAs），并分別與 MnCo2O4、RuO2復(fù)合，得到 MnCo2O4/NMCNAs 與RuO2包覆的MCNAs 催化劑應(yīng)用在鋅-空氣電池中。催化劑的多孔結(jié)構(gòu)提供了良好的離子、 電子傳輸通道，在堿性電解液中顯著提升了ORR 與OER 反應(yīng)的催化活性、選擇性以及穩(wěn)定性。 此外，Z.Y.Guo 等［22］還將RuO2包覆的MCNAs 催化劑應(yīng)用于鋰-空氣電池，展現(xiàn)出良好的倍率性能（1 000 mA/g 時(shí)仍有9 750 mA·h/g）以及長(zhǎng)循環(huán)壽命（300 次循環(huán)后仍有1 000 mA·h/g）。

海洋生物質(zhì)碳化成為獲取碳材料的新途徑，豐富的生物種類(lèi)衍生出許多性能優(yōu)異的碳材料， 同時(shí)能夠一步獲得具有氮、磷元素?fù)诫s的功能化碳材料，促進(jìn)了高性能儲(chǔ)能材料的低成本、規(guī)?；瘧?yīng)用。但水母、魚(yú)鱗、魚(yú)鰓等，目前仍無(wú)法大批量獲取，一定程度上限制了海洋生物質(zhì)碳化材料的商業(yè)化應(yīng)用。 如何實(shí)現(xiàn)海洋生物質(zhì)碳前驅(qū)體的低成本、大批量應(yīng)用，仍需進(jìn)一步探索。

3 海底礦物材料

海洋同樣蘊(yùn)藏著大量非生物資源， 海洋礦物資源尤其是海底礦物資源近年來(lái)逐漸引起關(guān)注。 海底石油、天然氣、可燃冰等資源開(kāi)發(fā)，推動(dòng)了新能源領(lǐng)域發(fā)展。一些生物成因的沉積巖、海底無(wú)機(jī)礦物材料開(kāi)發(fā)，對(duì)于新型儲(chǔ)能領(lǐng)域發(fā)展具有重要意義。

3.1 電極材料

硅藻土是一種生物成因的沉積巖材料， 自然界儲(chǔ)量豐富，價(jià)格低廉，具有天然三維多孔結(jié)構(gòu)，展現(xiàn)出強(qiáng)吸附性， 因此被廣泛應(yīng)用于建筑及水處理等領(lǐng)域。隨著新型儲(chǔ)能體系發(fā)展，以及對(duì)不同性質(zhì)材料的需求不斷增加， 擁有獨(dú)特天然結(jié)構(gòu)且具有良好吸附性能的硅藻土被人們應(yīng)用于多種儲(chǔ)能體系中， 如鋰硫電池等。Z.Li 等［23］利用硅藻土的天然強(qiáng)吸附性，將硅藻土與乙炔黑混合作為鋰硫電池正極硫載體，吸附電池反應(yīng)過(guò)程中的多硫化物， 抑制穿梭效應(yīng)，在2C 下獲得良好比容量保持率。 H.Cheng 等［24］利用CVD 沉積方法， 在硅藻土表面生長(zhǎng)制備得到微孔、介孔兼具的碳材料，并將其與氧化鎂、硫共同制備得到復(fù)合正極材料， 顯示出良好的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性， 在2C 電流密度下， 進(jìn)行400 次充放電循環(huán)后，衰減率僅為0.065%。

硅藻土也被廣泛應(yīng)用于其他電池體系。 Y.Xu等［25］將硅藻土與 1，4，5，8-萘四甲酸酐混合得到復(fù)合電極材料應(yīng)用于鋰離子電池體系當(dāng)中， 與未添加硅藻土的電極材料相比， 復(fù)合電極材料具有更高孔隙率、比表面積以及更加快速的鋰離子傳輸通道，因此整個(gè)電池體系展現(xiàn)出更高首圈庫(kù)倫效率（77.2%）、首次放電比容量（1 106.5 mA·h/g）及良好循環(huán)穩(wěn)定性。

無(wú)機(jī)礦物資源錳結(jié)核廣泛分布在世界各大洋3 000～6 000 m 深的洋底，被稱(chēng)為世界上最大的金屬資源。 尤金跨等［26］針對(duì)天然錳結(jié)核作為鋰離子電池負(fù)極材料可能性進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，錳結(jié)核的鋰離子脫嵌電位在 2.6～3.6 V， 在 2.5～4.1 V 區(qū)間進(jìn)行200 次充放電后，放電比容量保持率達(dá)到92.5%，具有較好充放電可逆性。 因此天然錳結(jié)核是一種具有良好應(yīng)用前景的鋰離子電池負(fù)極材料。

熱液礦床是指含礦熱水溶液在一定物理化學(xué)條件下、在各種有利的構(gòu)造和巖石中、由充填和交代等方式形成的有用礦物堆積體［27］。 黃鐵礦作為地殼中分布十分廣泛的硫化物礦物， 廣泛分布于熱液礦床中［28］。受限于海洋科學(xué)技術(shù)發(fā)展，目前無(wú)法將熱液礦床分離得到純度較高的黃鐵礦， 常用的黃鐵礦仍為陸地開(kāi)采。 S.Yuvaraj 等［29］將黃鐵礦 FeS2與 MoS2通過(guò)一步水熱法得到FeS2/MoS2復(fù)合材料，隨后將復(fù)合材料用rGO 納米片層包覆作為鈉離子電池負(fù)極材料，具有良好電子、離子傳導(dǎo)性，能有效抑制活性物質(zhì)體積膨脹以及多硫化物溶解。以FeS2/MoS2-rGO為負(fù)極、Na2V3（PO4）2F3為正極的鈉離子全電池展現(xiàn)出良好的循環(huán)穩(wěn)定性。J.Zeng 等［30］利用緩慢氧化方式，在黃鐵礦FeS2表面包覆一層FeSO4，得到FeS2@FeSO4核殼結(jié)構(gòu)。 這種微孔核殼結(jié)構(gòu)作為鋰離子電池負(fù)極儲(chǔ)鋰材料，可以有效緩解FeS2體積膨脹，促進(jìn)電極反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，展現(xiàn)出良好的循環(huán)穩(wěn)定性（0.2 A/g 下進(jìn)行200 次循環(huán)后，容量保持率為90.2%）與倍率性能（4 A/g 時(shí)仍有 744 mA·h/g）。黃鐵礦的廣泛使用為熱液礦床在儲(chǔ)能領(lǐng)域應(yīng)用提供了可能性， 但對(duì)海底熱液礦床的探索與開(kāi)發(fā)技術(shù)仍需要進(jìn)一步發(fā)展。

3.2 模板材料

硅藻土的天然三維多孔結(jié)構(gòu)賦予其高比表面積及高孔隙率，因此被廣泛應(yīng)用為模板材料，實(shí)現(xiàn)多孔碳材料在模板上的有序生長(zhǎng)。 Q.C.Li 等［31］將硅藻土作為模板，利用CVD 沉積方式，制備氮摻雜層次石墨烯材料，作為鋰硫電池隔膜材料，在硫負(fù)載量高達(dá)7.2 g/cm2時(shí)展現(xiàn)出來(lái)良好循環(huán)穩(wěn)定性，在2C 下充放電 800 次循環(huán)后，衰減率僅為 0.067% 。K.Chen 等［32］和J.Q.Li 等［33］還利用硅藻土材料作為模板制備三維石墨烯、石墨炔，與傳統(tǒng)方式獲得的材料相比，通過(guò)硅藻土模板獲得的三維材料，具有原子層厚度可控、非碳雜質(zhì)少等優(yōu)點(diǎn)。 同時(shí)該材料在儲(chǔ)能、光催化、電催化、傳感器等多個(gè)領(lǐng)域中展現(xiàn)出良好應(yīng)用前景。F.Zhou 等［34］利用硅藻土模板制備出分層鋰金屬負(fù)極，解決充放電過(guò)程中發(fā)生的鋰金屬體積變化問(wèn)題。 將其作為負(fù)極應(yīng)用于全固態(tài)鋰金屬電池當(dāng)中，500 次充放電循環(huán)后只有每循環(huán)0.04%衰減率， 并展現(xiàn)出良好倍率性能。

海底礦物資源開(kāi)發(fā)有效緩解了陸地礦物資源日益匱乏、稀有元素短缺等問(wèn)題。 但受限于海洋科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，海底熱液等海底礦物資源的開(kāi)發(fā)、純化等仍存在許多技術(shù)難題，有待進(jìn)一步的研究與探索。

4 展望

電動(dòng)汽車(chē)的飛速發(fā)展， 帶動(dòng)新型儲(chǔ)能需求量持續(xù)攀升，進(jìn)而促使儲(chǔ)能領(lǐng)域迎來(lái)良好的發(fā)展局面。面對(duì)諸多新型儲(chǔ)能體系的涌現(xiàn)， 新型材料設(shè)計(jì)的問(wèn)題亟須解決。隨著國(guó)家“海洋強(qiáng)國(guó)”戰(zhàn)略逐步展開(kāi)，海洋資源的開(kāi)發(fā)與利用顯得愈加重要。 海洋新材料的不斷涌現(xiàn)，為儲(chǔ)能領(lǐng)域關(guān)鍵材料的發(fā)展奠定了契機(jī)。從海洋生物質(zhì)材料到海洋礦物材料， 多種形式的資源給予從業(yè)者和研究者更多材料的獲取方式和選擇空間， 儲(chǔ)量豐富與環(huán)境友好等特點(diǎn)使海洋新型材料具有商業(yè)化應(yīng)用前景。

與現(xiàn)有材料相比， 海洋新型材料的規(guī)模化應(yīng)用仍處于探索階段， 但是其與新能源領(lǐng)域的有機(jī)結(jié)合必將催生新的材料研究模式：1）開(kāi)發(fā)低成本加工技術(shù)，降低新型海洋材料制備成本，推進(jìn)新型海洋技術(shù)在不同儲(chǔ)能領(lǐng)域中的大批量應(yīng)用， 加快綠色儲(chǔ)能發(fā)展；2）開(kāi)發(fā)新型儲(chǔ)能技術(shù)，原位利用海洋生物質(zhì)、海洋礦物等在海洋中實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換、貯藏，減少因新型海洋材料開(kāi)采、加工、運(yùn)輸?shù)冗^(guò)程造成的能源浪費(fèi)與經(jīng)濟(jì)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)真正的“取之海洋，用之海洋”；3）開(kāi)發(fā)深海資源探索技術(shù)， 獲取新型生物質(zhì)材料與生物質(zhì)碳化材料，開(kāi)發(fā)海底礦物資源分離與提取技術(shù)，將海底礦物資源分離得到純度較高的礦物材料， 解決現(xiàn)有陸地礦藏資源匱乏的現(xiàn)狀。

海洋中資源種類(lèi)與數(shù)量龐大， 許多海洋新型材料仍亟待人們探索與開(kāi)發(fā)。如何合理開(kāi)發(fā)海洋、合理利用海洋資源， 進(jìn)一步將海洋新型材料合理地應(yīng)用于儲(chǔ)能領(lǐng)域中，實(shí)現(xiàn)“能源+海洋”的創(chuàng)新融合，是海洋與能源領(lǐng)域發(fā)展的重點(diǎn)。