此外，基于高負載的LCO（≈3.5 mAh cm?2）的高壓LMB即使在低N/P比（2.5）、寬溫度范圍內（45、25和-20 °C）仍表現出優異的循環穩定性。此外，該q-LHCE使得石墨|LCO小軟包電池能夠以83.5%的容量保持率運行500次以上，甚至在5.0V的超高截止電壓下，Li||LiNi0.5Mn1.5O4?電池仍具有較長循環壽命。總之，該種電解質設計策略為實用高能二次電池系統的突破帶來了巨大的希望。
圖2. 不同電解質的高壓電化學性能
Quasi-Localized High-Concentration Electrolytes for High-Voltage Lithium Metal Batteries,?Advanced Energy Materials?2023 DOI: 10.1002/aenm.202301396
2. Advanced Energy Materials：打破連續氫鍵網絡實現高倍率的水合有機鋅電池
總之，該工作提出了一種共溶劑策略實現高倍率的水合有機鋅電池。研究發現，通過對共溶劑分子不同末端基團的取代和終止，打斷了主溶劑分子之間連續的 “手拉手”網絡，使電解質的粘度大大降低，離子導電性增強。在加入MeOH助溶劑后，優化的電解質提供了雙倍的離子電導率（23.7 mS cm?1）和出色的低溫耐受性，同時具有低成本、不可燃性以及與兩種電極的良好兼容性等優點。使用該電解質，Zn負極在0.5 mA cm?2?和2 mA cm?2?的情況下保持了超過4000 h的長循環穩定性，在5 mAh cm?2?的高容量下保持了99.5%的高庫倫效率（CE）。
人們普遍認為，負極的低放電平臺對于實現高輸出電壓非常重要。然而，典型的硬碳有近 30% 的容量由高壓斜坡區域提供進而限制了能量密度，成為實際應用中的一大挑戰。因此，實現高容量的全平臺碳負極是開發下一代鈉離子電池（SIB）的關鍵因素。在此，上海大學李麗教授、溫州大學侴術雷教授、吳星樵等團隊報道了利用生物質玉米芯通過兩步快速熱退火策略制備得到高度交聯的拓撲石墨化碳。由長程石墨烯納米帶和空腔/隧道構成的拓撲石墨化碳提供了鈉離子的多向插入，同時消除了在高壓區域吸收鈉離子的缺陷。該工作還通過原位 XRD、原位拉曼和原位/異位 TEM 等先進的表征技術表明，鈉離子在彎曲拓撲石墨層之間和相鄰石墨帶纏結的拓撲空腔中出現 Na 簇形成。圖1. 不同結構碳的電化學性能總之，本工作制定了一種使用生物質材料作為前體合成具有高石墨化度的拓撲硬碳的策略。將這種拓撲硬碳用于鈉離子電池，實現高容量全平臺特性，平臺容量達到290 mAh g-1，占總量的97%。這些具有豐富的石墨納米帶交織拓撲的 TPGC 通過 HRTEM 技術進行了可視化。此外，各種先進的原位表征表明，這種獨特的全平臺和低電勢的鈉存儲特性是由彎曲拓撲石墨層和相鄰石墨帶纏結之間的拓撲空腔的Na簇形成引起的。因此，這種獨特的拓撲結構將為先進高性能硬碳的設計提供新的思路。此外，由生物質材料制備的具有全平臺和低電位特性的拓撲硬碳是各種SIB負極材料中的有力競爭者，并將更充分地研究其在電網規模儲能系統中的實際應用。圖2. 原位測試Achieving All Plateau and High Capacity Sodium Insertion in Topological Graphitized Carbon,?Advanced Materials?2023 DOI: 10.1002/adma.202302613
5. Advanced Energy Materials：可控蝕刻Ti3SiC2生產用于超穩定鋅離子電池的富氟疏水二維碳化鈦
MXene主要通過在含F水溶液中選擇性蝕刻MAX相來生產，由于其豐富的-O和-OH末端，通常表現出高度親水特性。然而，MXene的親水性可能會降低其在潮濕和水環境中使用時的耐用性和穩定性。在此，北京航空航天大學楊樹斌教授&杜志國副教授團隊展示了一種新的蝕刻方法，通過在六氟化硫(SF6)氣體中選擇性蝕刻Ti3SiC2中的Si來生產富氟MXene Ti3C2Fx。在蝕刻過程中，SF6能夠選擇性去除Si物質，形成揮發性SiF4并與Ti3C2板的暴露表面有效反應，得到Ti3C2Fx?MXene，其-F末端分數高達87 at.%，并且具有良好的疏水性。圖1. Ti3SiC2、Ti3C2Tx、Ti3C2Fx的結構表征總之，該工作展示了一種SF6氣體蝕刻方法，可在高溫下從Ti3SiC2中可控地去除Si，合成富氟MXene Ti3C2Fx。在蝕刻過程中，SF6氣體可以選擇性地蝕刻Si物質，形成揮發性SiF4。隨后的表面功能化后，得到了富氟Ti3C2Fx?MXene，其-F端基含量高達87 at.%，具有高度疏水性。所得Ti3C2Fx?MXene可以有效抑制水引起的副反應并降低Zn成核能壘，在對稱電池中提供1200小時的長循環壽命和高達6.4 mA cm-2的優異倍率性能。與NiHCF正極相結合，使用Ti3C2Fx/Zn負極的全電池表現出穩定且長的循環壽命。因此，基于新興MAX相系列的可控蝕刻方法將進一步擴展，以生產各種具有定制表面官能團的MXene，有望在電子、儲能和電催化領域得到應用。圖2. 電化學性能Controllable Etching of Ti3SiC2 to Produce Fluorine-Enriched, Hydrophobic 2D Titanium Carbide for Ultrastable Zinc Ion Batteries,?Advanced Energy Materials?2023 DOI: 10.1002/aenm.202300890
6. Small：用于鈉離子電池的鐵基普魯士藍類似物的同構合成
可充電鈉離子電池(SIBs)在大規模儲能系統中具有廣闊的應用前景。鐵基普魯士藍類似物(PBAs)由于其剛性的開放框架、低成本和簡單的合成被認為是極具潛力的正極。然而，如何提高PBAs結構中的鈉含量，從而抑制結構中缺陷的產生仍然是一個挑戰。在此，上海大學喬蕓教授聯合溫州大學侴術雷教授等人合成了一系列PBAs樣品，并見證了條件改變后PBAs從立方晶向單斜晶結構演化過程。同時，PBAs結構中鈉含量增加進而結晶度增加。實驗證明制備的六氰亞鐵鈉(Na1.75Fe[Fe(CN)6]0.9743·2.76H2O)在0.1C時具有150 mAh g?1的高容量(17 mA g?1)，在50C時具有74 mAh g?1的優異倍率性能(8500 mA g?1)。并通過原位拉曼和粉末X射線衍射(PXRD)驗證了PBAs正極的高可逆。圖1. PBAs結構表征總之，該工作通過不斷優化合成條件制備了一系列具有立方或單斜結構的PBAs樣品，并仔細研究了合成條件、晶體結構和電化學性能之間的關系。研究發現，通過系統地改進合成條件可以精確地將PBAs的晶體結構從立方結構調整為單斜結構。最終，制備的六氰亞鐵酸鈉在半電池中表現出極高的初始充電能力和優異的倍率性能。值得注意的是，這種PBAs正極由于鈉濃度高，可以直接與硬碳(HC)負極結合形成完整的電池，表現出優異的電化學性能。PXRD和拉曼光譜進一步詳細揭示了PBAs正極的高可逆性，展示了其在SIBs中的實際應用潛力。圖2. 基于六氰亞鐵鈉正極的全電池電化學性能Isostructural Synthesis of Iron-Based Prussian Blue Analogs for Sodium-Ion Batteries,?Small?2023 DOI: 10.1002/smll.202302687
8. Angewandte Chemie International Edition：在-40℃下工作的可充電鉀離子全電池
鉀離子電池（PIB）在低溫儲能方面很有前景。然而，目前對低溫PIB的研究僅限于利用鉀金屬作為負極的半電池，并且由于缺乏可行的負極材料和兼容的電解質，實現可充電全電池面臨挑戰。在此，北京航空航天大學王華教授團隊通過使用硬碳(HC)負極與匹配的電解質以及兼容的正極，成功地制造了第一個低溫鉀離子電池。HC中鉀的存儲依賴于缺陷吸附、層間共插和納米孔填充，使完整的電池在?40℃時具有優異的電化學性能。值得注意的是，整個儲鉀過程的電阻值和反應活化能都很低，表明溫度對HC電極電化學性能的影響最小。圖1. HC電極K存儲機理示意圖總之，該工作利用HC負極與匹配的電解質以及兼容的正極，首次成功制備了低溫可充電的鉀離子全電池。這歸功于HC獨特的儲鉀機制，即在高電位斜坡區通過缺陷吸附，然后在低電位平臺區通過層間共插和納米孔填充。實驗表征和理論計算表明擴散系數的提高和K+溶劑化的共插層現象促進了反應的動力學。同時，匹配的電解質表現出較低的液相溫度、較低的粘度和較高的離子電導率。這些優點有助于降低溫度對HC電極電化學性能的影響。因此，HC在0.2C、- 40℃的條件下可提供175 mAh g-1高容量 (室溫容量的68%)。當與不同的正極(FeHCN或PTCDA)配對時電池在?40°C下依舊可實現良好的再充電性能。特別是PTCDA//HC全電池在?40℃下提供了89 mAh g-1的可觀容量。該工作代表PIBs的發展取得了重大進步。圖2. 基于HC負極的全電池在?40℃下的電化學性能Rechargeable Potassium-Ion Full Cells Operating at ?40 °C,?Angewandte Chemie International Edition?2023 DOI: 10.1002/anie.202307122
