1. Energy & Environmental Science：MOF納米片作為離子載體制備自優化鋅負極

水系鋅離子電池由于其低成本和高安全性，在電網存儲中具有廣闊的應用前景。然而，由于枝晶形式的無序金屬沉積及其嚴重的水腐蝕性阻礙了其實際應用。

在此，中國科學院大連化物所楊維慎院士團隊提出了“離子載體”的概念，以使離子通量與電場解耦。采用動態可回收的金屬有機骨架納米片作為Zn²⁺載體來容納、傳輸和約束Zn²⁺離子，從而實現穩定、可預測和保形的Zn²⁺離子沉積。

因此，鋅負極在循環過程中在形態和取向方面經歷自優化過程。Zn的選擇性（002）沉積產生了穩定的（002）結構，以及無副產物的表面。結果顯示，無論是在Zn||Zn對稱電池(6900 h)還是在全電池(6000次循環，容量保持90%)均可以實現Zn負極的高循環穩定性

圖1. 電化學性能

總之，實驗結果表明DMNs在鋅負極循環過程中發揮著關鍵作用。裸鋅電極逐漸重構為水平排列的片狀形態和增強（002）的結構，同時伴隨著電解質相關副產物的消除。相對紋理系數(RCT)為96.9的{002}紋理代表了迄今為止獲得的最強取向。這種取向，以及片層狀的形態，來自于DMNs約束下Zn²⁺離子的水平排列。

此外，ZSH副產物的消除來自于通過DMN配體自發轉化為有用的Zn-MOF。在DMNs提供的持續優化下，Zn||Zn對稱電池和Zn||NVO(或MnO₂)全電池在低倍率和高倍率下均具有出色的性能，形成了一個沒有副產物的{002)紋理鋅電極。更重要的是，“離子載體”策略的多功能性使其有可能擴展到其他可充電金屬電池中。

圖2. 電池性能

MOF Nanosheets as Ion Carriers for Self-Optimized Zinc Anode, Energy & Environmental Science 2023 DOI: 10.1039/d3ee01747h

2. Energy & Environmental Science：鋯離子交聯水凝膠電解質操縱Zn 002沉積助力無枝晶Zn金屬負極

水系鋅（Zn）金屬負極的實際應用受到鋅表面副反應和枝晶形成的嚴重阻礙。

在此，東華大學武培怡教授團隊設計了一種由高價Zr⁴⁺陽離子（SFPAM-Zr）交聯的絲素蛋白基水凝膠電解質，用于調節高性能鋅金屬負極的 Zn²⁺ 沉積和成核行為。作者證明Zr⁴⁺可以增強水凝膠電解質的機械性能，實現穩定的電化學界面。

此外，Zr⁴⁺的強靜電屏蔽作用可以引導Zn²⁺在Zn002平面沉積，并與SFPAM協同抵抗與水分子的副反應和抑制枝晶生長。因此，SFPAM-Zr水凝膠電解質賦予對稱鋅電池穩定的可逆性和57%的高放電深度（DOD）。Zn/活性炭（AC）電容器可以穩定40000次循環，容量保持率為99%，Zn/PANI電池可以在不同溫度下進行長期循環。

圖1. SFPAM-Zr對Zn沉積和擴散行為的機理探究

總之，該工作采用四價Zr⁴⁺離子賦予水凝膠電解質高機械和電化學性能。Zr⁴⁺與水凝膠中官能團之間的交聯增強了水凝膠電解質的機械強度，并減輕了Zr⁴⁺的水解，從而實現穩定的電化學循環。此外，Zr⁴⁺在Zn金屬上較低的吸附能實現了較強的靜電屏蔽作用，可以抵抗水分子引起的腐蝕，并引導Zn在002面上沉積，避免副反應發生和抑制枝晶生長。因此，具有SFPAM-Zr的對稱鋅電池可在0.5 mA cm^-2電流密度下實現2500 h、40 mA cm^-2 電流密度下實現650 h優異循環性能。

此外，SFPAM-Zr優異的副反應抑制性能使得對稱電池在5 mA cm^-2下具有57%的超高DOD，并在8 mA cm^-2下具有間歇擱置的穩定循環。SFPAM-Zr還賦予Zn/AC電容器40000次循環后容量保持率為99%的高容量，以及Zn/PANI電池在室溫和-30℃下具有穩定循環的能力。因此，該工作證明通過高價陽離子設計水凝膠電解質的策略可以加速高性能水系鋅基器件的實際應用。

圖2. 全電池和電容器的電化學性能

Manipulating Zn 002 deposition plane with zirconium ion crosslinked hydrogel electrolyte toward dendrite free Zn metal anodes, Energy & Environmental Science 2023 DOI: 10.1039/d3ee02114a

3. Angewandte Chemie International Edition：高濃度水電解質中鉀插入材料析氫和固體電解質相間發展的原位觀察

固體電解質界面（SEI）是穩定、高壓鋰離子電池（LIBs）的關鍵，是防止電解質分解的保護屏障。SEI被認為在新興的水性電池的高濃度鹽包水電解質（WISE）中發揮著類似的作用，但其性質仍然未知。

在此，東京理工大學Shinichi Komaba團隊利用先進的掃描電化學顯微鏡（SECM）和操作電化學質譜（OEMS）技術來深入探究高濃度WISE中SEI的生成。該工作首次展示出明顯的鈍化結構，其表觀電子轉移速率與LIBs中發現的SEI相似。

原位分析表明，當PTCDI階躍至低電位（相對于Ag/AgCl，約-1.3V）時，鈍化結構穩定。然而，觀察到的SEI在表面是不連續的，并且隨著電極達到更極端的電勢而發生H₂析出。OEMS測量進一步證實，當從稀電解質變為濃電解質時，可檢測的H₂相對于Ag/AgCl從-0.9 V轉變為<-1.4 V。

圖1. PTCDI電極在55 mol/kg K (FSA)_0.6(0Tf)_0.4電解質中的循環行為和電化學阻抗譜

總之，該工作通過基于 SECM 和 OEMS 的先進分析方法揭示了高濃度WISE K(FSA)_0.6(0Tf)_0.4·1H₂O 中 SEI形成的關鍵細節。與之前 WISE 中的SECM 結果相比，作者發現 PTCDI 的 SEI 形成過程本質上是顯著鈍化的。此外，循環后的 SECM 分析顯示，鈍化結構似乎不完整且含有孔洞。使用 SECM 進行的原位分析顯示，當 PTCDI 電極達到相對于 Ag/AgCI 的電位 -1.3 V 時，表面上仍保留有鈍化結構。因此，SEI 的形成發生在更正的電位下有利于 H₂ 的析出，但是當電極被掃到更極端的負電位時，所研究的 SEI 不能阻止 H₂ 的析出。總而言之，該項工作將鼓勵更多科研人員進一步探索SECM和OEMS作為先進的表征方法，并將其與傳統電池測量相結合，提供更深入的見解。

圖2. WISE電解質的在線電化學質譜

In-situ Observation of Evolving H₂ and Solid Electrolyte Interphase Development at Potassium Insertion Materials within Highly Concentrated Aqueous Electrolytes, Angewandte Chemie International Edition 2023 DOI: 10.1002/anie.202307446

4. Advanced Energy Materials：多齒螯合可在水系全錳離子電池的聚酰亞胺共價有機框架中高效存儲Mn²⁺

水系二價錳離子(Mn²⁺)已成為開發多價離子可充電電池的有希望的候選者。

在此，中國科學院物理研究所松山湖材料實驗室王文龍研究員團隊基于對Mn²⁺配位化學的理解證明了多齒螯合策略可在聚酰亞胺共價有機骨架(PI-COF)負極中實現高效存儲Mn²⁺。與其他多價陽離子相比，Mn²⁺可以與兩個相鄰的烯醇化羰基和三嗪環鍵合，在帶電PI-COF晶格中形成新型多齒螯合構型。因此，在0.2 A g^-1下，Mn²⁺存儲容量為120 mAh g^-1，PI-COF可以實現出色的循環穩定性。

非原位表征和第一原理計算進一步確定了多齒Mn²⁺配位的發生及其在穩定烯醇化PI-COF中間體中的關鍵作用。此外，作者通過將PI-COF/Mn²⁺負極與基于MnO₂/Mn²⁺轉化反應的高壓正極耦合的全錳離子原型電池在0.2 A g^-1的電流密度下表現出1.28 V的穩定放電平臺和115 mAh g^-1的超高容量。

圖1. PI-COF在2.0MMnSO₄電解液中的電化學性能

總之，該工作強調了兩個主要發現。首先，實驗和理論研究的結合證明了Mn²⁺離子的多齒螯合在柔性PI-COF主體材料中實現高效且可逆的Mn²⁺存儲。其次，將多齒螯合PI-COF/Mn²⁺負極與MnO₂/Mn²⁺正極組裝的全錳離子水系電池代表了水系多價離子電池領域的重大進步。

這種Mn²⁺介導的新型水系可充電電池在0.2 A g^-1的電流密度下具有超高的容量（115 mAh g^-1）和約1.28 V的穩定放電平臺，并且在長循環期間具有出色的容量保持能力。除了Mn²⁺之外，這種概念上的新策略也可能普遍適用于其他多價離子，啟發有機電極材料的合理分子工程并最大化多價離子電池的儲能效率。

圖2. 電池性能

Multidentate Chelation Enables High-Efficiency Mn²⁺ Storage in Polyimide Covalent Organic Framework for Aqueous All Mn-Ion Battery, Advanced Energy Materials 2023 DOI: 10.1002/aenm.202301631

5. Advanced Energy Materials：通過三合一策略將降解的 LiCoO₂ 正極用于高性能鋰離子電池

面對即將到來的退役鋰離子電池（LIB）大潮，當務之急是探索有效的再生和升級回收策略，以緩解資源短缺、解決環境污染、滿足對高能量密度正極材料的需求。

在此，中國科學院合肥物質科學研究院張云霞教授，湖州師范學院韓苗苗教授等人提出了一種簡便的、非建設性的、一石三鳥的固相燒結策略來再生降解的LiCoO₂（D-LCO）正極，甚至提升其在高電壓下的穩定性。其中三只鳥，即為Co位添加鋰、Li₂SO₄涂層中摻Mn，而在Li-O中摻雜N、S；一石即為一鍋固相燒結。

得益于這些良好的特性，升級后的正極不僅在0.2 C下具有高達188.2 mAh g^?1的放電比容量，而且具有優異的循環性能，在0.5 C下100次循環后容量保持率為92.5%(300次循環后容量保持率為86.4%)，在4.5V的高截止電壓下具有優異的倍率性能，優于商用正極。

圖1. MNS-LCO正極的電池性能

總之，該工作提出了一種無損一鍋法，可以將D-LCO直接轉化為具有高能量密度的升級MNS-LCO正極材料，具有易于規模化的潛力。基于所開發的三合一固相燒結策略，可以有效恢復D-LCO的成分和晶體結構，其中Li₂SO₄的原位表面涂覆和Mn摻雜到Co位點以及N、S摻雜到Li-O中同時實現。這些協同作用有效地減少了氧的逸出，抑制了有害的相變，穩定了重建的LCO的層狀結構。

結果表明，循環后的MNS-LCO正極材料具有優異的電化學性能，包括高比放電容量、優異的倍率性能以及在4.5V高截止電壓下的循環穩定性，優于D-LCO和商用的LCO。因此，這一策略不僅為D-LCO的回收和向高壓LCO的升級提供了一個有前途的解決方案，而且還可以推廣到其他降解的正極材料，這將極大地促進廢LIBs回收產業的可持續發展。

圖2. 材料優化后的結構表征

Upcycling of Degraded LiCoO2 Cathodes into High-Performance Lithium-Ion Batteries via a Three-In-One Strategy, Advanced Energy Materials 2023 DOI: 10.1002/aenm.202302058

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6. Advanced Energy Materials:低壓條件下全固態電池加速退化的新思考

硫化物基全固態電池 (ASSB) 是解決儲能系統安全問題的新一代電池。通過使用定制的電池提供持續的外部壓力，精心設計的親密接觸，是克服與界面問題相關的化學機械失效的一種方法; 然而，這不是一個實用的方法。

在此，韓國科學技術院Hun-Gi Jung，世宗大學Seung-Taek Myung等人采用經典的紐扣電池在低壓（約0.3 MPa）下對ASSB進行了評估，并證實正極失效是比界面接觸損耗更影響容量保持率的因素。

此外，作者通過使用鋰同位素（⁶Li）的飛行時間二次離子質譜檢測得到，硫化物沿著正極的晶界注入，通過捕獲活性鋰，導致正極活性材料中的鋰逐漸降低。

圖1. 鋰同位素（TOFSIMS）檢測

總之，該工作通過X射線衍射(XRD)、能譜分析(EIS)、X射線能譜分析(XPS)和截面掃描電鏡(SEM)對循環前后的樣品進行了物理和化學反應分析，證實復合正極底部的失效比頂部的失效更嚴重，表明正極內存在不均勻反應。此外，可以通過密集的CAM分析確定S注入到正極初級粒子的晶界。注入的S傾向于與Li結合，形成電中性和熱力學穩定的形式。利用鋰同位素證實，主要與注入的S結合的Li源來自于Li(de)插層的層狀正極。

在缺鋰條件下，由于鋰離子絕對量的減少，促進了正極的相變，從而緩解了結構不穩定性。由于這些復雜的因素，正極結構變得不穩定，發生相變，導致ASSB容量下降。因此，這種現象可以通過用EP電池抑制接觸損耗來緩解。然而，在ASSB商業化之前，有必要了解和解決其低壓運行中出現的問題。

圖2. 硫化物基ASSB正極降解加速因子總結

New Consideration of Degradation Accelerating of All-Solid-State Batteries under a Low-Pressure Condition, Advanced Energy Materials 2023 DOI: 10.1002/aenm.202301220

7. Advanced Energy Materials：N的梯度濃度補充可穩定氧空位以增強Zn²⁺存儲

在水系鋅離子電池(ZIB)正極中引入氧空位可以顯著改善Zn²⁺的擴散動力學，從而增強電化學性能。然而，水性電解質循環過程中電池中氧空位的穩定性卻被忽視。

在此，哈爾濱工業大學張乃慶教授、趙光宇副教授&湘潭大學呂蓬勃副教授團隊通過不同雜質原子的重新填充來穩定氧空位，并且N的梯度濃度重新填充以最小的形成能(4.77eV)實現了氧空位的最穩定狀態。所得Zn₃V₂O₇(OH)₂·2H₂O通過梯度N補充部分氧空位(N-VO-ZVO)實現了更穩定的氧空位和低Zn²⁺擴散能壘(0.19 eV)，在100 A g^-1下具有186 mAh g^-1的超高倍率性能，10000次循環后容量保持率為84.9%。

圖1. VO-ZVO 循環前后的結構表征

總之，DFT計算結果表明N原子的重新填充(與P和S原子相比)可以降低氧空位的形成能(4.77 eV vs 5.69和5.55 eV)，從而產生更穩定的氧空位。作者通過電化學原位轉換方法獲得了具有梯度濃度的N重新填充到氧空位的N-VO-ZVO正極。得益于N的梯度濃度，N-VO-ZVO補充表現出增強的氧空位穩定性，具有最小的氧空位形成能(4.77 eV)，實現10000次循環后的容量保持率為84.9%。

此外，Zn²⁺擴散的低能壘(0.19 eV)增強了Zn²⁺擴散動力學，從而實現了N-VO-ZVO的超高倍率性能(100 A g^-1時為186 mAh g^-1)。因此，精確設計合理的正極結構對于實現增強的離子擴散動力學和長循環穩定性至關重要。

圖2. N-V_O-ZVO和V_O-ZVO的電化學性能

Gradient Concentration Refilling of N Stabilizes Oxygen Vacancies for Enhanced Zn2+ Storage, Advanced Energy Materials 2023 DOI: 10.1002/aenm.202301730

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8. ACS Energy Letters：通過碘限制策略提高鈣鈦礦太陽電池的穩定性

限制鈣鈦礦太陽能電池穩定性的一大挑戰是鈣鈦礦中產生的碘物質往往會擴散并從鈣鈦礦太陽能電池中逸出，加速鈣鈦礦分解并破壞其他功能層。

在此，華東師范大學李曉冬&方俊鋒團隊提出了一種碘限制策略，通過將聚（2-乙烯基吡啶）（P2VP）摻入鈣鈦礦薄膜中來制造穩定的鈣鈦礦太陽能電池。P2VP可以有效地與鈣鈦礦分解的碘產物結合，抑制其在鈣鈦礦太陽能電池中的擴散和揮發，從而抑制鈣鈦礦分解和器件退化。

所得到的器件在反式鈣鈦礦太陽能電池中表現出22.97%的效率和良好的穩定性，在85 °C 750小時后保留了90.9%的初始效率。此外，運行穩定性也大大提高，MPP跟蹤1000小時后仍保留初始效率的90.0%。

圖1. 碘在鈣礦中的限制圖和P2VP的化學結構

總之，該工作提出了一種碘限制策略，通過在鈣鈦礦薄膜中引入P2VP來提高PSCs的性能和穩定性。P2VP能鈍化鈣鈦礦缺陷，使PSCs的效率達到22.97%。重要的是，P2VP與碘之間的強結合可以提高碘產物在鈣鈦礦層中的揮發溫度，從70℃到120℃，從而抑制了器件老化過程中鈣鈦礦的分解反應。

此外，也可以有效防止電極與揮發I₂反應引起的電極腐蝕，進一步提高器件的穩定性。帶P2VP的PSCs在連續光照下跟蹤MPP 1000小時，無論在85℃老化7S0 小時后，都能保持約90%的初始效率。

圖2. 穩定性測試

Enhancing the Stability of Perovskite Solar Cells through an Iodine Confining Strategy, ACS Energy Letters 2023 DOI: 10.1021/acsenergylett.3c01330