1.?Small：氨基功能化界面層實現超均勻非晶固體電解質界面助力高性能鋅電池

水系鋅離子電池具有高安全性、低成本且綠色環保等優勢，有望成為下一代產業化儲能技術之一。但水系鋅離子電池的產業化應用仍面臨著鋅負極枝晶生長、電解液析氫和堿式硫酸鋅副產物累積等挑戰。研究表明，降低鋅離子與陰離子和溶劑化自由水之間的鍵能可以有效的減弱電解液析氫的活性，是消除金屬鋅負極與電解液副反應的有效策略。

在此，浙江工業大學陶新永教授團隊成功制備了氨基接枝細菌纖維素(NBC)保護層作為鋅金屬負極的人工固體電解質界面(SEI)膜，為實現穩定的鋅金屬負極提供了新途徑。首先，NBC上接枝的氨基可以提供豐富的配位點橋接鋅離子，均勻鋅離子遷移通量，顯著降低鋅的成核過電位，促使鋅離子沿著(002)晶面均勻沉積。其次，NBC促進鋅負極表面形成均勻的非晶固體電解質界面膜(SEI)，抑制了水系電解質的腐蝕、析氫等副反應的發生。

圖1.作用機制

總之，NBC保護層可以有效改善電極/電解液的界面，抑制析氫、腐蝕等副反應的活性和鋅金屬枝晶的生長。在2 mA cm^-2的電流密度下，改性后的鋅鈦半電池的平均CE接近99%，實現了鋅剝離/電鍍的高度可逆性?；贜BC@Zn負極組裝的全電池也表現出良好的循環穩定性和倍率性能。NBC保護層的創新設計為保護鋅金屬負極的穩定性開辟了新方向。

圖2. 全電池性能

Amino-Functionalized Interfacial Layer Enables an Ultra-Uniform Amorphous Solid Electrolyte Interphase for High-Performance Aqueous Zinc-Based Batteries,?Small 2023 DOI:?10.1002/smll.202304094

2. ACS Energy Letters：高性能氮摻雜多孔碳正極的層間距-陰離子匹配準則

鋰離子電容器（LIC）結合了電池和超級電容器的優點，可以兼容地提高能量/功率密度。?然而，目前對結構-性能關系的認識限制了碳基電極的進一步發展。

在此，華南理工大學陳國華教授、鄧遠富教授等人發現層間通道的結構影響氮摻雜多孔碳(NDPC)正極中離子的可及性和選擇性。并且通過電化學和光譜測量證明，大的層間通道為不同的陰離子提供了高的滲透性，并重新排列以緩沖體積變化。

相反，狹小的層間通道具有較高的離子選擇性，與較大的陰離子相互作用會產生畸變。該工作證明了層間距在NDPCs電雙層機制中的重要性。因此，該尺寸效應可成功地應用于開發高級激光器。

圖1. 結構表征

具體而言，許多研究都忽略了層間通道對電容行為的尺寸效應，該工作仔細探討了基于NDPC正極中層間距的重要性。通過電化學性能得到d間距能夠控制離子選擇性，并且當它們尺寸匹配時有利于離子傳輸和調節。?通過光譜表征進一步闡明了這一機制，證實層間空間不是固定、孤立的幾何限制，而是可以通過離子通道相互作用進行調節，并且可以實時反映整體碳結構。

?因此，應將小離子引入窄縫中以獲得更好的結構穩定性和離子可及性?？傊?，該工作為NDPC的d-間距在EDLC中發揮的重要作用提供了新的見解。

圖2.電化學性能

An Interlayer Spacing-Anion Matching Guideline for High-Performance N-Doped Porous Carbon Cathode, ACS Energy Letters 2023 DOI:?10.1021/acsenergylett.3c00924

3. Advanced Functional Materials：調整電解質溶劑化結構和 CEI 薄膜實現持久的 FSI 雙離子電池

雙離子電池（DIB）是一種很有前途的儲能系統，具有高功率特性和快速充電能力。然而，電池的穩定性和倍率性能很大程度上取決于電解質中鹽和溶劑的類型。

在此，香港城市大學Denis Y. W. Yu團隊研究了采用高溫穩定性較好的雙氟磺酰亞胺鋰(LiFSI)作為DIB的鹽，設計了四種不同濃度(1,3,5和6 m LiFSI (FEC/FEMC = 3:7)，探討其對石墨基DIB電化學活性的影響。

圖1. 電解質的物理化學性質

研究表明，3 M LiFSI氟乙烯碳酸酯/ 2,2,2-三氟乙基碳酸甲酯(FEC/FEMC) = 3:7的電解質，在5C的倍率下循環2000次后，石墨-鋰DIB的容量保持率為94.1%。在30C時，DIB的容量為100.4 mAh g ^{– 1}、容量保持率為96.3%。并且通過X射線光電子能譜和活化能計算證明其優異的電化學性能歸功于正極電解質界面(CEI)薄層和快速的FSI?輸運動力學。

因此，石墨-石墨全電池具有優異的循環和速率性能。但當鹽濃度增加到5和6 M時，FSI -嵌入、脫出反應緩慢，這主要是由于溶劑共嵌造成的。研究表明，電解質對DIB的離子轉運、表面膜的形成和穩定性起著重要作用。

圖2. 全電池電化學性能

Tuning Electrolyte Solvation Structure and CEI Film to Enable Long Lasting FSI?-Based Dual-Ion Battery, Advanced Functional Materials? 2023 DOI:?10.1002/adfm.202300305

4. Nano Research: 新型共軛聚二亞酰亞胺鈉正極的綠色合成

有機羰基化合物的共軛聚合物因其具有可再生、結構可變性以及在電解質中不溶解等優勢，有希望成為儲能器件中的電極材料。但是，其溶液合成方法繁瑣，分離純化復雜，需要引入官能團和使用昂貴的催化劑。

在此，鄭州大學陳衛華教授、鄭金云教授等人通過綠色簡便的機械球磨策略成功制備了一種具有優異熱穩定性和較低溶解度的新型共軛聚（3,4,9,10苝四甲酰二亞胺）（PPI）。?將其用作鈉離子電池正極材料時，PPI表現出強的電化學動力學、較好的倍率性能以及更高的放電容量。

圖1. PPI和PTCDI電池的電化學性能

具體而言，該工作通過綠色、簡便的固相氧化偶聯方法設計并制備了一種具有π-π堆積結構的羰基化合物PPI的新型共軛聚合物。?與單體PTCDI相比，所制備的PPI正極材料的不溶性和熱穩定性得到有效提高。?此外，PPI電極表現出優異的倍率性能和極其穩定的長循環性能，在0.2 C下具有超過450次循環的高容量。EIS和GITT測量表明，PPI電極具有優異的動力學性能，具有較小的電荷轉移阻力和較大的擴散系數。?

理論計算和電化學表征表明，PPI中的部分C=O基團是鈉儲存的主要氧化還原活性位點并提供可逆容量。?此外，還通過原位 XRD、原位拉曼、FT-IR、XPS 和 DFT 建模研究了 PPI 電極的存儲鈉機制，證明了通過羰基的烯醇化反應實現鈉離子的有效嵌入/脫嵌。因此，?該研究為合成具有高電導率和低溶解度的共軛聚合物正極材料提供了一種綠色且易于工業化放大的方法。

Green synthesis of novel conjugated poly(perylene diimide) as cathode with stable sodium storage, Nano Research 2023 DOI:?10.1007/s12274-023-5871-z

5. Small?：定向誘導偶極電場促進鋅離子脫溶劑化實現高穩定無枝晶鋅金屬電池

水引起的副反應和不受控制的鋅枝晶生長是長期存在的棘手問題，嚴重阻礙了水系鋅金屬電池的發展。然而，這些臭名昭著的問題與電解質溶劑化結構和鋅離子傳輸行為密切相關。

在此，中南大學潘安強教授、常智教授等人通過在鋅表面構建定向誘導偶極電場，鋅離子的溶劑化結構和輸運行為都發生了根本改變。?在極化電場內實現垂直有序的鋅離子遷移軌跡，逐漸集中的鋅離子消除了與水相關的副反應和鋅枝晶的生長。因此，?極化電場下的鋅金屬表現出高的可逆性和無枝晶表面。?

圖1. 結構表征及理論模擬結果

具體而言，該工作發現鋅金屬表面的無機鐵電材料可以促進麥克斯韋電場的形成，該電場可以同時調節鋅離子的輸運行為和溶劑化結構。?得益于垂直有序的鋅離子遷移軌跡和逐漸集中的鋅離子，麥克斯韋電場下的鋅金屬可以避免與水相關的副反應和不可控的鋅枝晶。?結果顯示，當在麥克斯韋電場下循環時，Zn||Zn對稱電池的壽命比基于裸Zn的電池長17倍以上（1400小時，在1 mAh cm^?2、1 mAh cm^?2下）， Zn||Cu半電池的庫倫效率也顯著提高至99.9%的超高值。

?此外，可實現2000次循環（約100％容量保持率）的超穩定的NH₄V₄O₁₀||Zn半電池。?特別是在高負載MnO₂（約10mg cm^?2）和有限N/P比的惡劣條件下，所制備的實用級MnO₂||Zn軟包電池在150次循環后仍保持其初始容量的87.9%。因此，這一發現將極大地促進了各種實用金屬電池的發展。

圖2. 電池性能

Aligned Dipoles Induced Electric-Field Promoting Zinc-Ion De-Solvation toward Highly Stable Dendrite-Free Zinc-Metal Batteries, Small? 2023 DOI:?10.1002/smll.202303457

6. Nature Communications：貧水水凝膠電解質助力鋅離子電池

固態聚合物電解質（SPE）和水凝膠電解質（HPE）被開發為鋅離子電池（ZIB）的電解質。水凝膠可以保留水分子并提供高離子電導率；然而，它們含有許多自由水分子，這不可避免地會在鋅負極上引起副反應。SPE可以提高負極的穩定性，但它們通常擁有低的離子導電性，并導致高阻抗。

在此，香港城市大學支春義教授、中國石油天然氣股份有限公司勘探開發研究院金旭高級工程師等人開發了一種貧水凝膠電解質，旨在平衡離子轉移、負極穩定性、電化學穩定性窗口和電阻。

圖1. Zn||MnHCF電池的電化學性能

具體而言，該工作選擇了一種聚合物兩性離子（PZI）作為聚合物骨架，其中磺酸鹽終端結合了親水和親鋅的特性，鋅鹽作為配位單元發揮作用。研究顯示，磺酸鹽陰離子作為氫鍵受體的功能，可以被水分子潤滑，以促進鋅離子的解離，并增強水分子的電化學穩定性。所設計的貧水水凝膠電解質在貧水含量（20wt%）下提供了一個寬的電壓窗口和2.6 × 10^-3S cm^-1的離子傳導率。全電池表現出可忽略的產氣和優秀的循環性能，在5C和1C的條件下分別達到4000次和1500次。

此外，貧水水凝膠電解質表現出對電極的高粘附性，在柔性的ZIBs中提供了牢固的界面?？傮w而言，貧水水凝膠電解質的設計在HPE和SPE之間提供了一個重要的平衡，以獲得高穩定性和離子傳導性。

圖2. 附著力表征

Lean-water hydrogel electrolyte for zinc ion batteries, Nature Communications 2023 DOI:?10.1038/s41467-023-39634-8

7. 支春義AM：實現14500次循環鋅/鉀混合電池的完全活化和相變 Kfemnhcf

鐵氰酸鹽被認為是鋅和鋅混合電池的優良正極材料，特別是普魯士藍類似物(PBA)。然而，PBA的發展受到容量小(<70mAhg^-1)和壽命短(<1000個循環) 的阻礙。

在此，香港城市大學支春義教授團隊通過富含OH的水凝膠電解質實現了完全活化、相轉變Kfemnhcf用于Zn/K混合電池，并實現了14500次穩定循環。首先，該工作采用聚丙烯酰胺@D(+)-葡萄糖一水合物(PAM@DM)制備了富含羥基的水凝膠，由于含有大量-OH官能團的DM的存在使其親水性增強。

此外，將乙二醇(EG)與溶液電解液(1M KSO₃CF³⁺1M Zn(SO₃CF₃)₂)混合，制備了PAM@DM水凝膠電解質(EG PAM@DM)。PAM@DM非常適合用于組裝的ZKHBs水溶液，表現出優異的性能。

圖1. 活化C-配位鐵和相變Kfemnhcf

具體而言，該工作以PBA為正極，采用低成本、富含羥基的水凝膠電解液和擴展的電化學ESW組裝水系鋅鉀混合電池。電池表現出優異的電化學性能：14500次超長壽命，在2.66Ag^-1倍率下的高比容量約100mAhg^-1，大的面積容量約1.8mAhcm^-2，高放電平臺1.7V-1.9V。

這些結果歸因于富OH水凝膠電解液的三個特性：(1)基于水凝膠電解液的擴展ESWs；(2) Kfemnhcf在富含OH的水凝膠電解液中完全相變，保持了穩定的晶體結構；(3)水凝膠電解液的粘附性強，抑制了正極材料的脫落/溶解，富含-OH基團使金屬離子容易去溶劑化，導致高度可逆的嵌入/脫嵌。因此，該工作開發的低成本水凝膠電解質充分促進了PBAS的活性中心，并增強了離子在PBAS中的解溶和擴散，以實現高容量、高穩定的電壓平臺和卓越的循環性。

圖2. 電化學性能

Completely Activated and Phase-Transformed Kfemnhcf for Zn/K Hybrid Batteries with 14500 Cycles by an OH-rich Hydrogel Electrolyte, Advance Materials DOI:10.1002/adma.202304878?

8. Energy & Environmental Science：用于先進儲能的共價三嗪框架：挑戰和新機遇

與儲能系統中使用的無機電極材料相比，有機電極材料具有多個優勢，包括輕質性質、結構可控、高比容量、可用自然資源廣泛以及可回收性。然而，其低離子電導率和隨時間降解的敏感性導致性能較差和壽命較短。CTFs是一種共價有機框架，具有可控的孔隙度、可修改的結構和多功能的優勢。其特點是具有剛性的三嗪(C3N3)連接單元，具有良好的熱和化學穩定性，使它們能夠在循環時抵抗結構變形。近年來，共價三嗪框架(CTFs)已成為有機電極發展的一種有效策略。

在此，安徽大學張朝峰教授和澳大利亞阿德萊德大學郭再萍院士、張仕林研究員等人綜述了CTFs在儲能技術中的應用，重點介紹了目前的研究現狀、存在的挑戰和潛在的未來研究方向。

圖1. 儲能設備性能提升的可能策略

具體而言，本綜述展示了CTFs的比表面積、孔隙密度和尺寸以及分子結構如何通過使用預先合成的功能化策略來微調儲能應用。此外，本綜述提出了合成后功能化方法，將CTFs與其他材料(如導電碳、聚合物和金屬)結合起來，以創建復合材料，從而在儲能應用中獲得卓越的性能和耐久性。同時強調了結構和化學修飾對CTFs儲能性能的重大影響，為先進儲能材料的設計提供了見解。

總之，CTFs為可充電儲能系統的實際部署提供了一個有希望的途徑。設計具有高離子電導率和穩定性的CTFs，以及改進具有定制功能的CTFs的可控合成，對儲能系統的成功部署至關重要。應繼續努力開發具有新穎拓撲結構的CTFs，并對影響性能的參數有更深入的了解。CTFs具有的結構可設計性、可加工性、化學和熱穩定性、可回收性，甚至生物相容性都推動了人們的興趣。因此，本綜述為未來CTFs的各種應用提供了有價值的架構設計思想。

圖2. CTFs基材料儲能面臨的挑戰與機遇

Covalent Triazine Frameworks for Advancd Energy Storage: Challenges and New Opportunities, Energy & Environmental Science 2023 DOI: 10.1039/d3ee01360j