2025年下载量突破370万次引用量达227万次 Joule 2025年度编辑精选论文。傲世皇朝用户注册，发表的论文下载量已突破370万次，引用量达2.27万次，这充分体现了刊发于上的研究成果对全球能源科研领域的深远影响。我们很荣幸能为广大研究人员提供一个分享能源科学各领域中突破性发现与深度分析的平台——既推动基础认知的进步，也助力现实世界的变革。

　　为庆贺2025年发表的卓越研究成果，Joule编辑团队遴选了部分心仪之作。值此2026新年与农历马年交汇之际，这些论文将开放免费阅读，Joule祝大家马年“马力全开”！这些工作共同体现了Joule所秉持的学术广度、研究深度与期刊宏图。诚邀您一同探索。

　　实现净零排放目标面临巨大挑战，这是由于陆基可再生能源存在间歇性与地域局限性。基于此，来自伦敦国王学院的Wei He研究团队在Cell Press细胞出版社旗下期刊Joule发表了一篇题为“Assess space-based solar power for European-scale power system decarbonization”的研究论文，通过一个高分辨率的欧洲区域容量扩展与调度模型，对近乎持续发电的太空太阳能板技术进行评估。基于美国宇航局2050年技术预测，该论文重点分析了两种先进设计方案：（1）虽处于早期研发阶段，但拥有全天候持续捕获太阳能潜能的创新型定日镜群；（2）结构更简单且成熟度更高，却只能在大约60%的时间内捕获太阳能的平面阵列技术。研究发现，定日镜式设计能够使全系统总成本降低7%至15%，可替代高达80%的风能与太阳能发电，并减少70%以上的电池储能需求；不过，在某些地区的冬季月份，氢能储存仍将不可或缺。相比之下，平面阵列方案的经济性均不及地面可再生能源。敏感性分析揭示了两类设计的相对成本阈值，结果表明，一旦太空太阳能板发电成本突破阈值时，其角色定位将从成本高昂转向补充性能源，并最终成为净零转型中的主导基荷电源。这些结论提供了稳健的技术和经济基准，指明了净零排放新路径，并有望为政策制定者与产业界推动大规模、低间歇性可再生能源发展提供了指引。

　　实现中国能源系统的脱碳化转型，既需要推动电力供应绿色化，也离不开终端用能部门的电气化转型。然而，在煤电仍占主导的情况下，电气化可能导致碳排放增加。基于此，来自德国波茨坦气候影响研究所的Chen Chris Gong研究团队在Cell Press细胞出版社旗下期刊Joule发表了一篇题为“Multilevel emission impacts of electrification and coal pathways in China’s net-zero transition”的研究论文，运用全球气候模型，评估了不同退煤路径下的电气化进程对中国各部门的气候影响。研究表明，若煤电退出延迟10年，可能导致全球峰值气温上升约0.02°C。然而，在部门层面，即使煤电退出进程放缓，也未发现电气化会导致显著的额外排放。这一结论挑战了“按序实施减排”的固有观点，表明电气化进程完全可以在电力部门完全脱碳之前启动。只要电力排放强度在2040年前降至150 gCO2/kWh以下，电气化就能大幅降低建筑、钢铁和交通服务的碳足迹；若与能效措施协同推进，到2060年有望避免约0.035 °C的额外全球升温。

　　有机太阳能电池（OSCs）因其在机械柔性方面具备优势，在可穿戴设备领域展现出独特的应用前景。基于此，美国西北大学的Tobin J. Marks、Antonio Facchetti联合青岛大学薄志山、刘亚辉、王逸凡研究团队，在Cell Press细胞出版社旗下期刊Joule发表了一篇题为“High-efficiency, ultra-flexible organic solar cells enabled by chloroprene rubber as both a non-volatile solid additive and plasticizer”的研究论文，首次将氯丁橡胶引入D18: L8BO体系，获得了兼具高性能和机械稳定性的有机太阳能电池器件。其中，氯丁橡胶不仅作为增塑剂，通过引入弹性体链段并促进三维非共价交联，显著提升了光活性层的可拉伸性与机械稳定性；同时作为非挥发性添加剂，有效增强了D18分子的有序堆积，从而提高了电池的功率转换效率（PCE）。实验结果表明，在刚性基底中添加5 wt%（以D18质量分数为参照）氯丁橡胶的器件，其PCE高达19.25%；即使加入50 wt%氯丁橡胶，器件PCE仍可保持在15.95 %，且兼具卓越的延展性（断裂应变为23.5%）。最终，团队通过引入5 wt%氯丁橡胶制备出PCE高达16.91%的超柔性有机太阳能电池，同时兼具高性能与机械稳定性。

　　基于传统焊接工艺制备的热电模块难以实现最优热电转换效率，主要源于材料存在高温下性能衰减、严重元素扩散以及界面残余热应力等影响。瞬时液相连接工艺通过在较低键合温度下形成高熔点化合物连接层，从而为“低温键合、高温服役”提供了可行路径。基于此，来自哈尔滨工业大学深圳校区张倩教授、毛俊教授和曹峰教授，联合中国科学院物理研究所王玉梅副研究员团队，在Cell Press细胞出版社旗下期刊Joule发表了一篇题为“A universal approach to high-performance thermoelectric module design for power generation”的研究论文，针对焊料低共晶点与化合物高熔点的特性，优化设计了适用于533 K键合温度的锗-碲基模块，并在773 K热端温度下稳定运行。得益于高性能的材料与可靠的接头设计，该器件实现了约15.1%的高转换效率，并在150小时持续服役中保持稳定。通过采用相同策略，该研究还成功组装了近室温碲化铋和高温半赫斯勒器件，为全温域热电器件的组装提供了具有普适性的技术路径。

　　解决快充性能、低温运行与高能量密度电极之间的三重困境，对推动锂离子电池发展至关重要。基于此，来自密歇根大学的Neil P. Dasgupta研究团队在Cell Press细胞出版社旗下期刊Joule发表了一篇题为“Enabling 6C fast charging of Li-ion batteries at sub-zero temperatures via interface engineering and 3D architectures”的研究论文，提出了一种采用原子层沉积技术构筑固态电解质层（Li3BO3-Li2CO3），将三维电极结构与人工固体电解质界面成功结合。这种协同改性作用显著提升了厚电极（3 mAh/cm2）在低温快充条件下的传质效率与界面动力学性能。为区分电解质传输与界面阻抗的贡献，研究团队制备了石墨/LixNiyMnzCoaO（NMC）软包电池，并在低温快充条件下测试其电化学性能。在零下10°C和6C倍率充电条件下，这种集成电极的可逆容量提高了500%以上，并在循环100次后容量保持率仍高于97%，且未观察到锂析出现象。此外，低温快速充电下的容量保持率还依赖于充放电深度，这突显了充电协议在最小化锂析出方面的重要性。

　　来自麻省理工学院的Betar M. Gallant、Kyeong-Ho Kim和Kyle Jiang在Cell Press细胞出版社旗下期刊Joule发表了一篇题为“How reliable is coin-cell-based ranking of Li anode Coulombic efficiency”的评论文章，系统探究了常被忽略的电池组装参数对锂/铜电池库仑效率测量的影响。首先，作者分析了三种典型电池组装参数（如压接负载、隔板数量和弹簧类型）对电池压接力学与内部压力的作用机制。随后，通过对不同内部状态的扣式电池进行循环测试，结合一组电解液的统计分析，研究了不同建造方法会在何种程度上影响对特定CE值及其相对性能的判断。最后，将这一框架应用于分析基准数据集的结果，并深入了解文献中测量和报告电解液性能的常见条件。

　　随着对可扩展、可持续储能需求的增长，快速且经济的电池健康状态评估技术变得尤为迫切，特别是在工厂级别的电池分选和二次寿命评估场景中。电化学阻抗谱（electrochemical impedance spectroscopy, EIS）技术虽被广泛应用，但其测试速度慢、操作复杂、成本高，难以满足大规模应用需求。基于此，来自伦敦大学学院的Rhodri Jervis、Shangwei Zhou研究团队在Cell Press细胞出版社旗下期刊Joule发表了一篇题为“Batch diagnosis of batteries within one second”的研究论文，提出了一种多通道多频电激励响应（multi-channel and multi-frequency electrical excitation response, MMER）技术，能在极短时间和更低成本下捕获可与EIS相比拟的阻抗信息。MMER技术可在1秒内完成对整个电池模块的诊断，且不受电芯数量影响。该技术采用二值多频激励信号，并通过可编程逻辑器件等简单硬件实现。与EIS不同，MMER技术无需频域转换或阻抗拟合，而是通过比较共享激励电流下的原始电压响应来揭示性能差异。实验结果表明，MMER在保持与EIS一致的健康状态追踪能力的同时，将测试时间降低了99%以上。MMER技术甚至支持高倍率循环过程中的实时诊断，并可扩展至其他电化学系统。

　　极性标度常用作筛选水系锌电池电解质中有机分子的描述符。然而，由于未能准确预测锌离子（Zn²⁺）的溶剂化行为，这些描述符在设计高性能水系锌电池电解液时的适用性存疑。基于此，来自马里兰大学的王春生教授研究团队在Cell Press细胞出版社旗下期刊Joule发表了一篇题为“Electrolyte design for aqueous Zn batteries”的研究论文，在研究中团队引入Dimroth和Reichardt的Et(30)极性标度作为筛选有机分子的有效指导，并揭示了Et(30)值与锌库仑效率之间清晰的火山型关联。这一发现挑战了当前水系电解质设计中对于高极性有机分子通常可提升锌库仑效率的普遍共识，并指出有机分子在改变Zn²⁺溶剂化结构之外的作用对于获得高性能水系锌电池至关重要。文中，基于Et(30)标度设计的电解质实现了高达99.8%的平均锌库仑效率、超长循环寿命（5,500小时）以及110 Wh kg−1的高比能量。这一极性标度为水系电解质筛选有机分子提供了通用框架。

　　碱金属-空气电池虽具有极高的理论能量密度，但因其放电产物为固态物质而长期受循环性能差与功率密度低的困扰。基于此，来自麻省理工学院的Yet-Ming Chiang研究团队在Cell Press细胞出版社旗下期刊Joule发表了一篇题为“Sodium-air fuel cell for high energy density and low-cost electric power”的研究论文，提出了一种全新的钠金属-空气燃料电池方案。该燃料电池采用固态电解质膜技术，通过精确调控空气流湿度，可将放电产物氢氧化钠以潮解液形式连续移除，从而解决了产物堆积难题。该燃料电池在80 mA/cm2电流密度下可实现高达1200 Wh/kg的电池能量密度（体积能量密度1295 Wh/L），在40 mA/cm2条件下电池能量密度可达1540 Wh/kg（1760 Wh/L）。在连续运行中，可消耗厚度达2.3厘米的钠金属（对应的面积容量为2500 mAh/cm2）。此外，该电池的放电产物为氢氧化钠，可高效捕获环境中的二氧化碳。结合钠元素在地球上的高丰度与低成本优势，这种钠-空气燃料电池有望成为难以脱碳的交通运输和固定电站的可持续性动力解决方案。

　　传统的锂离子电池回收技术（包括火法冶金与湿法冶金）需要将固态电池材料通过高温熔炼或大量化学试剂浸出以实现锂分离，这会造成大量能耗或者产生有害废液。基于此，来自莱斯大学的汪淏田、Sibani Lisa Biswal研究团队在Cell Press细胞出版社旗下期刊Joule发表了一篇题为“A direct electrochemical Li recovery from spent Li-ion battery cathode for high-purity lithium hydroxide feedstock”的研究论文，以电池正极材料本征的脱锂化学机制为基础，开发了零间隙膜电极组件（membrane electrode assembly, MEA）反应器，用于从废旧磷酸铁锂（LiFePO4, LFP）电池黑粉（black mass, BM）中实现可持续、可扩展且经济性的锂回收。该策略实现了高达96.4%的锂提取法拉第效率，制备出高纯度氢氧化锂（约99.0 wt%），并将能耗降低至103 kJ/kgBM。使用面积为20 cm2的反应器连续运行1000小时，可处理约57 g的LFP BM，平均锂回收率达89.8%。此外，该膜电极组件反应器可适用于卷对卷连续生产工艺，获得浓度为0.98 M（摩尔/升）的氢氧化锂溶液，且可拓展至锰酸锂、镍锰钴酸锂及其他复合正极材料体系。

　　人工合成氨对现代社会至关重要，然而目前主流的合成氨工艺Haber-Bosch法却是一种代价高昂、碳排放惊人的工艺。零价金属介导的氨合成是一种颇具前景的替代路径，但要求所用金属兼具强还原性和形成稳定氮化物的能力，仅锂等少数金属能满足这些要求。基于此，来自加州理工学院的Karthish Manthiram教授研究团队在Cell Press细胞出版社旗下期刊Joule发表了一篇题为“Sodium-mediated redox cascade for electrochemical ammonia synthesis”的研究论文，开发了一种电化学新范式，通过将零价金属的功能正交化分配给钠金属与钛活性位点，从而实现了对成本远低于锂的多种还原剂的高效利用。文中，团队利用钠-萘-钛级联体系，实现了475 nmol cm−2s−1的氨合成速率和24%的法拉第效率，并获得反应速率主要取决于电流密度的重要发现。

　　2018年至2019年，国际半导体设备和材料协会（SEMI）发布了室内光伏（IPVs）的国际标准，为器件测试提供了行业指南。2023年中，国际电工委员会正式发布首个全球国家级实验室共同认可的国际标准（IEC TS 62607-7-2:2023）。作为基础性文件，该标准在光源规格、辐照度校准及测量方法等方面，相比于户外光伏中已明确界定的标准测试条件（STCs）与测量规程，保留了更大的灵活性。然而，在这一快速发展的领域，该标准及其定义的条件在学术界采纳缓慢，之所以如此，是因为研究者们针对室内光伏所需的测试与方法提出了许多额外建议，而其中一部分尚未被IEC标准所包含。基于此，来自牛津大学的Robert L.Z. Hoye教授联合来自“室内光伏会议（indoor photovoltaics conference, IPVC）”联盟的十余名成员在Cell Press细胞出版社旗下期刊Joule发表了一篇题为“Reaching a consensus on indoor photovoltaics testing”的评论文章，凝聚了日益壮大的室内光伏研究群体的讨论成果与实际需求，汇集并展示了来自学术研究机构、室内光伏商业化企业、设备制造商、国家计量实验室及物联网开发机构等多方利益相关者的共识。该评论着重指明了可协同建立统一方法的重点领域，并强调，必须首先就标准测试条件达成基准共识，未来才可能在此基础上制定出应对实际室内光伏部署挑战的新标准。

　　新兴的热电技术不仅能将热能转化为电能，还可实现电化学制冷。然而，由于理性的设计原则尚未建立，现有的基础电解质在实现高效冷却性能方面面临瓶颈。开发兼具高温度系数与低热容的热电电解质是提升高效电化学制冷效率的关键。基于此，来自华中科技大学的段将将教授、冯光教授研究团队在Cell Press细胞出版社旗下期刊Joule发表了一篇题为“Solvation entropy engineering of thermogalvanic electrolytes for efficient electrochemical refrigeration”的研究论文，通过协同二元溶剂与阴离子工程，提出一种铁基电解质设计策略，重组了Fe2+/3+离子的溶剂化层，在降低热容的同时实现了3.73 mV K−1的高温度系数。综合分析表明，含有高氯酸盐的水合铁盐，与其他含铁盐（如铁氰化物）相比，高氯酸盐有助于铁离子更自由地溶解和分离。通过将铁盐溶解在含有腈的溶剂中，研究人员能够将液态电池的冷却能力提高70%，在仅0.11 W cm−2输入功率下使周围电解液的温度降低1.42 K，展现出其在电化学制冷实际应用中的广阔前景。

　　阴离子交换膜水电解槽（anion-exchange membrane water electrolyzers, AEMWEs）可推动高效、低成本制氢技术的规模化应用。来自美国劳伦斯-伯克利国家实验室的Xiong Peng教授研究团队在Cell Press细胞出版社旗下期刊Joule发表了一篇题为“Enhancing water and oxygen transport through electrode engineering for AEM water electrolyzers”的论文，研究中发现电极结构会影响水的反向扩散与氧气的传输，进而决定电解槽的过电位特性。实验结果表明，具有丰富催化位点的电极在靠近膜区域生成水，形成更高的水浓度梯度并驱动水分子的反向扩散，从而改善膜的水合状态与传质过程。原位测试结果揭示了阳极表面附近存在较大pH梯度，这对阳极动力学产生影响。工况测试结果显示，阳极的氧气生成与传输过程解耦，可有效减少氧气积聚。通过添加剂调控催化剂油墨的流变性与稳定性，实现了具有增强传输特性的电极的规模化制备，使AEMWE能在2 A·cm−2的电流密度下稳定运行超过1000小时，衰减速率仅为2.3 μV·h−1。耐久性测试期间及之后的分析，为性能衰减机制提供了深入见解。本研究为开发高效耐用的AEMWEs提出了一种电极设计策略。

　　质子交换膜燃料电池（proton-exchange membrane fuel cells, PEMFCs）能高效利用氢气并助力实现碳中和目标，但其发展受制于耐久性不足与成本过高的问题。考虑当前耐久性水平，燃料电池轻型与重型车辆的单位里程成本分别比纯电动及柴油车型高出约24.48%和7.47%。因此，开发长寿命PEMFCs对提升其市场竞争力至关重要。基于此，来自天津大学的焦魁教授团队在Cell Press细胞出版社旗下期刊Joule发表了一篇题为“Developing long-durability proton-exchange membrane fuel cells”的综述论文。首先通过耐久性校准成本计算推测，轻型车需达到27.8万公里、重型车需达98万公里的耐久性目标才能实现经济平衡点。为实现这一目标，该综述系统阐述了关键部件的失效模式及缓解策略，涵盖材料改进、结构设计、水热管理及系统优化等多个方面，并介绍了具有代表性的耐久性测试方案，以推动建立有效且标准化的PEMFCs测试体系。该综述旨在为长寿命质子交换膜燃料电池的技术发展提供参考。

　　Yohan于2025年7月加入Joule编辑团队。此前，他曾在Nature期刊担任高级编辑，负责处理所有能源相关领域的稿件。他的研究经验和专业背景涵盖电池、超级电容器、电催化、光伏及燃料电池等多个领域。此前，Yohan曾任伦敦大学学院助理教授和吉林大学教授，主持研究团队工作。他德雷塞尔大学获得博士学位，师从Yury Gogotsi教授，之后在日本信州大学从事博士后研究。点击查看详情

　　2025年底，Cell Press推出全新高质量开放获取期刊——Cell Press Blue（点击查看）。该期刊致力于发表启发性、突破性的生命科学、物质科学、医学、可持续性及应用科学等领域的前沿创新研究，汇聚全球顶尖科研力量。Cell Press Blue坚持高标准的质量控制，提供高效、个性化的出版服务，助力作者快速发表具有学术价值和产业影响力的研究成果。