1. AEM：低成本準固態”膨脹粘土包水”電解質實現5000次循環水系鋅離子電池
水誘導的寄生反應會導致鋅金屬負極的可逆性較差，這對水系鋅離子電池（AZIBs）的實際應用構成了重大挑戰。
圖1 電解質設計
德克薩斯大學達拉斯分校Guoping Xiong、Kyeongjae Cho、圣母大學Tengfei Luo等設計了一種含有硫酸鋅和膨脹粘土（BT）的新型準固態”膨脹粘土包水”（water-in-swelling-clay）電解質（WiSCE），以實現高度可逆的鋅金屬負極。研究顯示，基于WiSCE的AZIB全電池在各種電流密度下都表現出優異的循環穩定性、較長的保質期、較低的自放電速率和優異的高溫適應性。特別是，基于WiSCE的AZIB全電池在0.1A g-1的條件下循環200次后容量保持90.47%，在1A g-1的條件下循環2000次后容量保持96.64%，在3A g-1的條件下循環5000次后容量保持88.29%。
圖2 半電池性能
詳細的密度泛函理論計算表明，在WiSCE中BT和水分子之間形成了強烈的氫鍵。因此，水分子被BT強烈限制，特別是在夾層內，這大大抑制了水引起的寄生反應，大大改善了循環穩定性。因此，與最先進的”鹽包水”電解質相比，WiSCE可以在全電池水平上提供明顯更高的容量，而成本卻大大降低，這對設計下一代高性能AZIB很有希望。總鐵有人，這項工作為開發具有成本競爭力的AZIBs作為電網規模儲能的替代品提供了一個新的方向。
A Low-Cost Quasi-Solid-State “Water-in-Swelling-Clay” Electrolyte Enabling Ultrastable Aqueous Zinc-Ion Batteries. Advanced Energy Materials 2023. DOI: 10.1002/aenm.202300782
2. 汪國秀/王天奕AEM：表面和界面工程協同助力1萬次循環鈉電！
由于合金型負極具有較高的理論容量、合適的工作電位和豐富的地球儲量，因此在鈉離子電池（SIB）中顯示出巨大的應用潛力。然而，它們的實際應用由于體積膨脹大、固體-電解質界面（SEI）不穩定以及循環過程中反應動力學遲緩而受到嚴重阻礙。
悉尼科技大學汪國秀、Xin Guo、揚州大學王天奕等合理地設計并合成了一個由氮摻雜碳包覆的錫納米棒（Sn@NC）組成的三維花狀結構作為SIB的負極。密度函數理論（DFT）計算顯示，通過摻氮碳對錫納米棒的表面工程，大大改善了鈉親和力和鈉離子擴散動力學。更重要的是，研究發現基于二甘醇二甲醚（DEGDME）的電解質具有顯著的化學穩定性和優化的溶劑化結構，可以與N摻雜的碳層協同合作，從而產生穩定的有機-無機混合SEI，其外層是離子導電的聚醚，內層是堅固的富氟無機化合物。SEI的構成和復合結構的穩定性通過一系列的原位表征技術得到了全面的證明，包括深層X射線光電子能譜（XPS）分析、掃描電子顯微鏡（SEM）和透射電子顯微鏡（TEM）。
此外，理論模擬和電化學分析顯示，與傳統的碳酸酯電解液相比，Sn@NC負極在基于DEGDME的電解液中的反應動力學更快。因此，通過N摻雜碳層的表面工程和電解液調控的界面工程的協同作用，Sn@NC電極在5 A g-1下經過10000次循環后仍能表現出347 mAh g-1的高容量。此外，Na3V2(PO4)3║Sn@NC的全電池表現出高能量密度（215 Wh kg-1）、卓越的高倍率能力（2分鐘內達到80%的容量），以及在-20至50℃的寬溫度范圍內的長循環壽命。
A High-Performance Alloy-Based Anode Enabled by Surface and Interface Engineering for Wide-Temperature Sodium-Ion Batteries. Advanced Energy Materials 2023. DOI: 10.1002/aenm.202300351
3. 中科院青能所Angew：氰基功能化使LiDFOB具有優異的抗氧化性能
二氟硼酸鋰（LiDFOB）由于其良好的熱穩定性和優秀的鋁鈍化性能，已被廣泛研究用于鋰離子電池（LIBs）。然而，LiDFOB容易遭受嚴重的分解，并產生大量的氣體物種（如二氧化碳）。
中科院青能所崔光磊、許高潔、崔子立、Qiao Lixin等創新地合成了一種新型的氰基功能化硼酸鋰鹽，即二氟（1,2-二羥基乙烷-1,1,2,2-四碳腈）硼酸鋰（LiDFTCB），作為一種高抗氧化的鹽來緩解上述困境。研究顯示，在室溫和高溫下，1.6M的LiDFTCB-碳酸丙烯酯（PC）電解液使實用的LiCoO2/石墨（正極負載=15.6mg cm-2）全電池具有比1.6M的LiDFOB-PC的對應物更優越的電化學性能（例如，600次循環后達到80%）。
研究證實，LiDFOB鹽遭受了嚴重的分解，并在50℃時在高壓LiCoO2正極和石墨負極上誘發了厚的界面層的形成。與此形成鮮明對比的是，LiDFTCB鹽傾向于在兩個電極上形成薄而堅固的界面層，并防止了電池容量在50℃下的嚴重退化。更重要的是，當LiDFTCB鹽在50℃下使用時，沒有檢測到二氧化碳氣體。這些結果強調了氰基功能化陰離子在提高實用鋰離子電池性能方面的意義。
Highly Oxidative-Resistant Cyano-Functionalized Lithium Borate Salt for Enhanced Cycling Performance of Practical Lithium-Ion Batteries. Angewandte Chemie International Edition 2023. DOI: 10.1002/anie.202302664
4. 陳衛華Nat. Commun.：多尺度界面工程實現5700次循環鈉電正極！
非水鈉離子電池（SiBs）是一種可行的電網存儲的電化學儲能系統。然而，SiBs的實際發展主要受阻于正極活性材料（如多離子型鐵基硫酸鹽）在高電壓下的遲緩動力學和界面不穩定性。
鄭州大學陳衛華等提出了Na2.26Fe1.87(SO4)3的多尺度界面工程，其中體外異質結構和暴露的晶面被調整以改善鈉離子存儲性能。物理化學特性和理論計算表明，Na6Fe(SO4)4相的異質結構通過豐富鈉離子遷移通道和降低能量障礙，促進了離子動力學的發展。此外，Na2.26Fe1.87(SO4)3的(11-2)平面促進了電解液中ClO4-陰離子和氟代碳酸乙烯酯分子的吸附，從而在正極形成了一個無機物豐富的Na離子導電間相（CEI），進一步實現了正極/電解質界面上的快速離子轉移和高電壓下的電解質穩定性。
因此，采用復合硫酸鐵基正極的鈉金屬電池在6 mA g-1時的初始放電容量為101.3 mAh g-1（電池的平均放電電壓約為3.75 V），并具有良好的倍率性能（73.5 mAh g-1，1200 mA g-1）和循環穩定性（在60 mA g-1下進行1300次循環和600 mA g-1下進行5700次循環后，容量保持率分別為80.69和65.32%）。此外，一個實驗室規模的全硫化鐵鈉離子軟包電池在24 mA g-1時的初始比能量密度為168.2 Wh kg-1（基于正負電極的重量），并且可進行電極回收。
Bridging multiscale interfaces for developing ionically conductive high-voltage iron sulfate-containing sodium-based battery positive electrodes. Nature Communications 2023. DOI: 10.1038/s41467-023-39384-7
5. AFM：三碲化鋰電解液添加劑同時穩定鋰負極并提高硫正極的利用率
盡管有可能成為下一代儲能技術，但實用的鋰硫（Li-S）電池仍然受到鋰金屬負極循環性差和硫物種轉換動力學遲緩的困擾。
德克薩斯大學奧斯汀分校Arumugam Manthiram等采用簡單一步法合成了三碲化鋰（LiTe3），并將其用作Li-S電池的新型電解液添加劑，以調整電池的反應動力學，并在電極表面引入SEI保護層。研究顯示，LiTe3能迅速與多硫化鋰反應，并作為氧化還原介質，大大改善正極動力學和正極活性材料的利用。此外，在負極表面形成的Li2TeS3/Li2Te富集的界面層增強了離子傳輸，穩定了鋰的沉積。
通過調節負極和正極兩側的化學反應，這種添加劑在傳統醚類電解液中濃度僅為0.1M就可以使無負極的Li-S電池穩定運行。電化學性能顯示，采用LiTe3添加劑的電池在100次循環后能保持71%的初始容量，而對照組電池只保持23%。更重要的是，隨著Te的高利用率，該添加劑使無負極軟包全電池在貧電解液條件下的循環性能顯著提高。
Lithium Tritelluride as an Electrolyte Additive for Stabilizing Lithium Deposition and Enhancing Sulfur Utilization in Anode-Free Lithium–Sulfur Batteries. Advanced Functional Materials 2023. DOI：10.1002/adfm.202304568
6. 藺洪振/王健AM：”缺陷包單原子”催化劑加速Li+脫溶劑化動力學
鋰金屬負極由于其高容量和低電位，是實現高能量密度電池的一個有希望的候選者。然而，一些限制倍率的動力學障礙，如Li+溶劑化結構的解溶劑化以釋放Li+，Li0成核和原子擴散，會造成不均勻的空間鋰離子分布和枝晶形態的形成，進而導致低庫侖效率和差穩定性。
卡爾斯魯厄理工學院Stefano Passerini、中國科學院蘇州納米所藺洪振、王健等通過在鋰金屬上采用由缺陷單原子催化劑（SAC-in-Defects）組成的界面催化劑層，來促進Li+的脫溶劑化和Li0原子擴散動力學，并抑制枝晶的生長。作為SAC-in-Defects材料的原型，單個鐵原子被固定在陽離子空位豐富的硫化鈷（Co1-xS）納米顆粒上，分布在多孔碳（SAFe/CVRCS@3DPC）的三維結構中，作為動力學的促進劑。通過SAFe/CVRCS@3DPC減少脫溶劑化和擴散障礙，大量游離的Li+離子被電催化地從Li+溶劑化復合物結構中解離出來，并進行均勻的橫向擴散，從而實現了平滑的無枝晶鋰形態，這一點通過原位/外位聯合表征得到了全面的理解。
結果，改性的鋰金屬電極（SAFe/CVRCS@3DPC-Li）顯示了從復雜的脫溶劑化和原子擴散中快速生成自由Li+的能力，實現了平滑的、無枝晶的、長期的鋰沉積/剝離，循環壽命達到1600小時。此外，與高負載的LiFePO4正極（10.67 mg cm-2）相配，所獲得的全電池在0.5C下循環300次后，可提供131 mAh g-1的超高容量，展示了SAFe/CVRCS@3DPC的實際應用可行性。
Interfacial “Single-Atom-in-Defects” Catalysts Accelerating Li+ Desolvation Kinetics for Long-lifespan Lithium Metal Batteries. Advanced Materials 2023. DOI: 10.1002/adma.202302828
7. 雷文/張海軍/謝正偉AFM：具有增強反應動力學的類紅毛丹SiOC負極
碳氧化硅（SiOC）由于其可調的化學成分、高可逆容量和小的體積膨脹，在鋰離子電池中擁有巨大的潛力。然而，由于其導電性差，其商業應用受到限制。
武漢科技大學雷文、張海軍、中國科學院成都有機化學研究所謝正偉等通過水熱處理結合CH4熱解策略，首次制備了平均直徑為302nm的紅毛丹狀垂直石墨烯涂層空心多孔SiOC（Hp-SiOC@VG）球狀顆粒。SiOC的中空多孔結構減輕了Li+插入/提取過程中產生的體積膨脹效應，垂直石墨烯增強了電子傳輸，而CH4熱解產生的碳增加了可逆的SiO3C和SiO2C2結構單元。DFT計算證實，與SiOC3的對應物相比，SiO3C和SiO2C2結構對Li+的吸附能力更高。
因此，這種精心設計的結構賦予了Hp-SiOC@VG優異的電化學性能。特別是，Hp-SiOC@VG電極在1.0 A g-1的條件下提供了高的初始庫侖效率≈75%，經過600次循環，具有335 mAh g-1的出色可逆容量和良好的倍率能力。此外，Hp-SiOC@VG//LFP全電池在0.2A g-1的條件下循環100次后也表現出了較高的可逆容量和保持率。這項工作不僅克服了傳統SiOC材料的制備復雜性，也克服了SiOC摻雜碳材料的改性限制，進一步拓寬了SiOC基材料在儲能裝置中的實際應用。
On the Practical Applicability of Rambutan-like SiOC Anode with Enhanced Reaction Kinetics for Lithium-Ion Storage. Advanced Functional Materials 2023. DOI: 10.1002/adfm.202302348
8. AEM：離子液體作為高壓正極和固態電解質之間的多功能界面層
鈉二次電池由于其低成本和環境友好性，作為未來的儲能設備獲得了贊譽，但由于大多數電解質的陽極穩定性較差，包括固態電解質（SSE），其與高壓正極材料不兼容，因此受到嚴重阻礙。
圖1 固態電解質的界面問題和陽極穩定性以及解決策略示意
京都大學Jinkwang Hwang、Kazuhiko Matsumoto等首次報告了一種新的合成技術，即使用氟氫酸離子液體（IL）前體來制備具有高產和高純度的[DEME][PF6]（[DEME]+: N,N-二乙基-N-甲基-N-(2-甲氧基乙基)銨）。此外，作者配制了Na[PF6]-[DEME][PF6]IL，并進行了一系列的電化學測試，以驗證其在電池應用中的性能。研究顯示，該發明的IL具有顯著的氧化穩定性（在Pt上可達5.2V，在導電碳電極上>4.5V），有助于抑制一種典型的SSE的氧化分解，例如β氧化鋁固態電解質（BASE），從而擴展其在混合SSE體系中的電化學窗口。
此外，該IL還提供了鈉離子傳輸路徑，有助于減少BASE和正電極之間接觸不足所產生的界面電阻。結果，一個采用高壓正極Na3V2(PO4)2F3和BASE/IL配置的混合固態鈉二次電池具有能量密度和卓越的循環性能。該研究結果表明，在開發混合SSE電池時利用Na[PF6]-[DEME][PF6]IL電解質并不局限于BASE和NPF正極，它也可以作為開發使用SSE的高電壓鈉金屬電池的通用策略。
A Hexafluorophosphate-Based Ionic Liquid as Multifunctional Interfacial Layer between High Voltage Positive Electrode and Solid-State Electrolyte for Sodium Secondary Batteries. Advanced Energy Materials 2023. DOI: 10.1002/aenm.202301020
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