1. JACS：具有高度解離陰離子通道的層狀離子烯為陽離子運輸提供了較低的屏障

固體聚合物電解質有潛力實現更安全、能量密度更高的電池;然而，要實現這一目標，還需要更深入地了解它們的離子傳導機制，以及如何通過分子設計來優化它們。

在此，麻省理工學院Jeremiah A. Johnson、Yang Shao-Horn等人研究了陰離子解離能對固體聚合物電解質中離子傳導的影響，通過使用無環二烯(ADMET)聚合制備了一類新型離子烯，高度解離的液晶氟化芳酰磺酰亞胺標記(“快速”)陰離子單體。這些離子烯與不同的陽離子(Li⁺， Na⁺， K⁺和Cs⁺)形成有序的片層，其熱穩定性可達180°C，并具有與陽離子大小相關的疇間距，提供了與解離性FAST陰離子通道。

此外，通過電化學阻抗譜 (EIS) 和差示掃描量熱法 (DSC) 實驗以及微動彈性帶 (NEB) 計算表明，這些材料中的陽離子運動通過離子跳躍機制進行。此外，在這些材料中添加陽離子配位溶劑可以使離子電導率提高＞1000倍。這項工作表明，分子設計可以促進解離性陰離子通道的可控形成，從而顯著增強離子傳導。

圖1. 具有各種陽離子（M）的 pFAST-C20-M 聚合物的固態結構和熱表征

具體而言，該工作利用高度解離、易于SNAr功能化，并能夠在固態下形成通道結構的對稱FAST-C陰離子生成用于ADMET聚合的新型二烯單體FAST-C20。FAST-C20表現出高度的自組裝傾向，形成多種不同的熱響應液晶相。聚合后，所得離子烯“pFAST-C20-M”形成高度有序的層狀材料。

由于其有序結構和解離陰離子，pFAST-C20-M聚合物顯示出最高的總體離子電導率和最低的離子傳導活化能。總之該工作表明陰離子分子設計可以調整陰離子跳躍位點之間的連接性和距離，以進一步提高固態聚合物電解質離子電導率并降低活化能。

圖2. pFAST-C20-M離子烯的離子電導率

Lamellar Ionenes with Highly Dissociative, Anionic Channels Provide Lower Barriers for Cation Transport, Journal of the American Chemical Society 2023 DOI:10.1021/jacs.3c05053

2. Advanced Materials：超高面容量、高度可逆且無枝晶的水系鎳金屬負極

Ni具有-0.25 V vs. SHE的氧化還原電位，8136 mAh cm^-3的理論體積容量以及高達913 mAh g^-1的理論質量比容量。這些具有吸引力的電化學性能結合金屬Ni展現出的無枝晶特性，使得Ni成為水系電解液金屬負極的理想候選者之一。然而，與工業上成熟的電鍍Ni技術相比，金屬Ni的可逆沉積溶解目前鮮有報道。這主要是由于缺乏有效的水系電解液所致。因此，對水系Ni金屬負極的可逆電鍍/剝離進行系統研究非常重要。

在此，中國科學技術大學陳維課題組聯合楊金龍院士和李星星課題組探究了不同陰離子對于水系電解液中金屬Ni沉積與溶解的影響。實驗結果和理論計算表明，氯離子能夠抑制和破壞金屬Ni表面Ni(OH)₂鈍化層的形成，從而實現超高面容量、高度可逆且無枝晶的鎳金屬電極。

圖1. 在NiCl₂電解液中Ni負極超高面容量的電化學性能

具體而言，該工作通過電解質調節實現了過渡金屬Ni的超高容量、無枝晶和高度可逆的沉積溶解。證明Cl^–可以抑制和破壞Ni沉積過程中Ni(OH)₂鈍化層的產生，進而促進鎳的完全剝離。并且在NiCl₂電解液中，對金屬Ni的電化學性能進行了系統研究。在半電池中，水系Ni金屬負極能在低面容量下實現15000次的循環壽命，并可以實現1000 mAh cm^-2的超高面容量，超過目前所報道的金屬負極大約兩個數量級。

作為概念驗證，水系Ni金屬負極也已應用于各種全電池體系中。然而，水系Ni金屬負極仍面臨過電位較高，低電流密度下庫倫效率較低，鎳礦資源成本波動等挑戰，需要進一步關注。

圖2. 基于水系Ni金屬負極全電池的電化學性能

Anions Regulation Engineering Enables Highly Reversible and Dendrite-Free Nickel Metal Anode with Ultrahigh Capacities, Advanced Materials 2023 DOI: 10.1002/adma.202305368

3. Angewandte Chemie International Edition: 解鎖氯基電池中硅負極的可逆氧化還原

氯(Cl)基電池，如Li/Cl₂電池，被認為是低成本、高性能的儲能材料。然而，目前鋰金屬負極在氯基電池中的使用引起了人們對安全性、成本和生產復雜性的嚴重擔憂。更重要的是，鋰金屬和氯基電解液之間的副反應需要大量鋰金屬，這不可避免地會降低整個電池的電化學性能。因此，為氯基電池建立新的負極化學，特別是具有電化學可逆性的負極化學是至關重要的。

在此，復旦大學彭慧勝教授，上海交通大學孫浩教授等人首次以1，2-二氯乙烷和環化聚丙烯腈為關鍵介質，通過有效的電解液稀釋和負極/電解液界面鈍化，實現了氯基電池中可逆硅的氧化還原。

圖1. LSC/SOCl₂電池的初始放電性能

具體而言，該工作首次提出了在Cl基電解液中的高度可逆的Si氧化還原，這是在電解質溶劑化和負極/電解質界面鈍化的協同作用下實現的。DCE和PAN被證實是硅合金在SOCl基電解質中穩定的關鍵介質，從而保證了Si氧化還原的可逆性。利用這一發現，該工作展示了第一個用于初級SOCl和可充電Cl電池的Si負極，與傳統的Li金屬電池相比，該電池具有更好的電化學性能。此外，采用低成本、高容量、高安全性的Si作為負極，DCE作為稀釋劑，與傳統的Li/Cl₂電池相比，成本降低了84%，這是邁向實用化的關鍵一步。

圖2. 可充電LSC/Cl₂電池的電化學性能

Unlocking Reversible Silicon Redox for High-Performing Chlorine Batteries， Angewandte Chemie International Edition 2023 DOI: 10.1002/anie.202306789

4. Small：均衡電解液實現普魯士類藍似物鈉離子電池超長壽命

水系鈉離子電池在大規模電能存儲方面具有廣闊的前景，但它缺乏合適的高比容量和長循環壽命的正極。錳基普魯士藍類似物（PBA）（KMnHCF/NaMnHCF）具有低成本和高理論比容量的優勢，但由于其間隙水失衡引起的副反應使其循環不穩定，阻礙了它們的實際應用。

在此，上海硅酸鹽研究所的劉宇研究員、楊程等人通過均衡電解液的設計，實現了錳基普魯士藍中間隙水的補充和過量水引起的副反應之間的平衡。作為概念的證明，引入了xCS(x:比例，CS:共溶劑，如聚乙二醇和磷酸三甲酯)均衡電解液，解決普魯士藍循環壽命短的問題。

圖1. 92PEG電解液中KMnHCF/NTP全電池的低溫電化學性能

總之，該工作提出均衡電解質的策略并用于解決用于水系鈉離子電池正極的錳基普魯士類似物循環壽命短的問題。使用xCS電解液來驗證這一概念。獨特的電解液設計不僅能補充錳基普魯士類似物損失的間隙水，還能避免過量水分子的攻擊。借助平衡電解質，KMnHCF實現了高比容量(108 mAh g^?1)和無與倫比的超長循環性能(10000次循環，80%的容量保持率)，這超出了大多數鈉離子電池的正極材料。

此外，由KMnHCF正極和NaTi₂(PO₄)₃負極組成的全電池顯示出優異的長循環性能(70000次循環，96%的容量保持率)，并展現出良好的在低溫和應用前景。此外，還通過NaMn_0.8Fe_0.2HCF(10000次循環，76%的容量保持率，運行365天)和NaMnHCF驗證了均衡電解質的概念，證明了其在低成本和長壽命的錳基普魯士類似物的普適性。

圖2. 均衡電解液運用到其他錳基普魯士藍類似物中

Ultra-Long Cycle of Prussian Blue Analogs Achieved by Equilibrium Electrolyte for Aqueous Sodium-Ion Batteries, Small 2023 DOI: 10.1002/smll.202303896

5. ACS Energy Letters：有序鋰離子傳輸通道協同空間限域梯度去溶劑化作用實現高性能鋰金屬電池

快充鋰金屬電池因具有高能量密度和快速充放電能力被認為是緩解電動汽車里程焦慮和充電焦慮的新一代動力電源。然而，當前快充鋰金屬電池的實際應用通常受到不可控的鋰枝晶生長和不穩定的固態電解質界面(SEI)膜的限制。作為鋰金屬電池充放電過程中的關鍵步驟，金屬鋰的沉積由鋰離子在負極表面的去溶劑化過程、在SEI膜中的擴散過程和在鋰金屬表面還原沉積的過程組成。

其中，鋰離子的去溶劑化過程和在SEI膜中的擴散過程是決定鋰離子傳輸動力學和鋰金屬電池快充能力的關鍵步驟。因此，調控鋰離子在鋰金屬負極表面的去溶劑化過程和鋰離子在SEI膜中的擴散過程是提升鋰金屬電池的快充能力的重要手段。

在此，山東大學李國興教授團隊報告了快速充電金屬鋰電池中具有梯度去溶劑化效應的有序鋰離子導電界面。該工作提出了一種具有有序Li⁺傳輸途徑的自組裝相（SAI），它能為快速充電Li電池提供高Li⁺傳導性和快速Li離子去溶劑化。分子間π-π堆積產生的自組裝結構使 SAI 具有有序的Li⁺傳輸路徑。SAI規則的分子堆疊和官能團的梯度分布有助于Li⁺的空間限制梯度去溶劑化。

圖1. 作用機制

總之，該工作巧妙地利用了分子間的π-π相互作用，在鋰金屬負極的表面通過自組裝的方式制備了具有有序結構的鋰離子傳導層。該鋰離子傳導層為鋰離子的傳輸提供了直接有序的通道，通道兩側梯度分布的羥基官能團加速了鋰離子的去溶劑化進程。有序鋰離子傳輸通道協同空間限域的去溶劑化作用有效提升了鋰離子的傳輸速度，降低了金屬鋰的成核電位，促進了鋰離子在鋰金屬表面的均勻沉積。

由修飾后的鋰金屬負極組裝的對稱電池和鋰金屬電池均表現出顯著提升的性能，尤其是在高倍率條件下，放電比容量和循環壽命都得到了有效提升。

圖2. 全電池性能

Ordered Lithium-Ion Conductive Interphase with Gradient Desolvation Effects for Fast-Charging Lithium Metal Batteries, ACS Energy Letters 2023 DOI: 10.1021/acsenergylett.3c00917

6. Nano Energy：通過陰離子的空間效應和溶劑化化學微調Li⁺溶劑化結構，用于實際電解質工程

目前迫切需要能夠在高壓鋰金屬電池中穩定運行的電解質，以超過當前設備的儲能極限。實用的電解質工程需要促進負極和正極兼容性，而不降低能量傳輸和成本效益。

在此，浙江大學涂江平教授，夏新輝研究員，Yu Zhong等人通過分析鋰離子與不同陰離子之間的結合情況，以及不同陰離子的空間效應提出微調離子在傳統的碳酸酯基電解質中的溶劑化結構，實現高穩定性負極。(1MLiPF6在FEC/ DMC中，體積比為1:4，表示為空白電解質)。然后，通過光譜表征和理論模擬研究了加入1molL^-1低成本的1-乙基-3-甲基咪磷酸二乙酯([Emim]DEP)，其具有相當大的空間位阻和與Li⁺的結合能。

結果表明，添加[Emim]DEP可以產生富含陰離子的溶劑化鞘，從而降低Li去溶劑化能并略微增加電解質的離子電導率。這種效應導致形成富含無機物的SEI，具有高機械強度并加速Li的界面傳輸提高了整體電化學性能。

圖1. 加入不同添加劑后溶劑化結構的演變

總之，該工作闡明了陰離子在合理設計具有優化電解質性能的溶劑化結構中的關鍵作用。研究結果表明，除了精心設計溶劑分子外，改變陰離子的溶劑化化學和空間位阻為促進電解質性能提供了一種有前途的方法。

基于此，該工作提出了使用[Emim]DEP添加劑的微調策略，以優化碳酸酯類電解質的溶劑化結構，實現了優異的電化學性能。因此，這項工作為實際的電解質工程提供了指導。

圖2. Li||NMC811全電池電化學性能

Fine-tuning Li+ solvation structure enabled by steric effect and solvating chemistry of the anion for practical electrolyte engineering，Nano Energy 2023 DOI:?10.1016/j.nanoen.2023.108722

7.?Advanced Functional Materials：用于高性能鉀金屬電池的雙功能電解液添加劑

鉀金屬電池（KMBs）與層狀過渡金屬氧化物作為正極材料，由于成本低、容量大被視為一種有前景的儲能技術。然而，鉀金屬負極中不可控的枝晶生長和層狀過渡金屬氧化物正極對電解液的高化學反應性導致KMBs存在庫侖效率低、容量衰減快和低安全性等問題。

在此，漢陽大學Yang-Kook Sun教授、Jang-Yeon Hwang教授等人提出了一種電解質工程策略，通過引入己二睛(ADN)作為分子結構中含有富電子睛基(C=N)的雙功能電解質添加劑。研究表明，添加1 wt.%ADN可以改變電解質溶液的化學性質，從而提高負極-電解質和正極-電解質的界面穩定性。

在固體電解質界面層中形成C=N的親鉀化合物，可以促進鉀的均勻沉積，抑制鉀金屬電池中枝晶生長。計算和實驗結果顯示，通過減輕副反應和改善的層狀過渡金屬氧化物正極的熱穩定性可顯著提高KMB的電化學性能。

圖1. SEI成分分析

總之，該工作證明ADN在KMB中的雙重功能，可以同時穩定電解質-正極和電解質-負極界面。研究表明能夠穩定KMBs的是ADN分子結構中的C ≡ N基團。其中ADN有助于K?PF的解離，從而提高K離子的電導率。在K金屬負極，SEI層中的C≡N基團促進了K的均勻傳輸和沉積，導致K?金屬形成致密而均勻SEI。在O₃?NCCTO正極，C ≡ N和Cr⁴⁺之間的強配位可抑制副反應，從而提高了可逆Cr^3+/4+氧化還原。增強的電解質-正極界面減輕了正極材料的結構劣化，并提高了熱穩定性。

因此，ADN的加入可在電解液中發揮雙重添加劑的作用，顯著增強KMBs的電化學性能。

圖2. 全電池性能

A Dual-Functional Electrolyte Additive for High-Performance Potassium Metal Batteries， Advanced Functional Materials 2023 DOI: 10.1002/adfm.202304069

8. Energy Storage Materials：通過重新認識放電產物揭示CO₂在Li-CO₂/O₂電池中的反應機理和¹O₂抑制作用

將CO₂引入Li-O₂電池體系不僅為CO₂還原提供了另一種途徑，同時也將CO₂引入下一代能源系統，這反過來也加速了鋰空氣電池在開放體系中的應用。然而，電池體系中產生的高反應性單線態氧（¹O₂）對有機電解質和碳正極的降解以及H₂O對鋰金屬負極的腐蝕等多重問題也威脅著電池循環壽命。

在此，華東師范大學胡炳文研究員、楊琦研究員團隊重新認識了Li-CO₂/O₂電池中的放電/充電產物，全面分析了不同電壓范圍下¹O₂的產率，并探討了引入CO₂對放電產物形態、結構和鋰陽極的影響，從根本上揭示了CO₂的反應機理和¹O₂的抑制作用。

圖1. Li-CO₂/O₂電池中CO₂的反應機理

具體而言，在Li-O₂電池中引入CO₂可以明顯提高電池的放電容量和循環穩定性，尤其是30%的CO₂。通過對放電產物的形貌、結構和組成的分析發現，高CO₂含量會導致Li₂CO₃顆粒大、結晶度高，不利于Li-CO₂/O₂電池性能的提高。此外，確定Li₂O₂和Li₂CO₃為Li-CO₂/O₂電池的放電產物。隨著CO₂/O₂比的增加，Li₂O₂的含量逐漸減少。放電產物的組合物證實，CO₂通過Li₂O₂和CO₂之間的“化學途徑”參與放電反應。此外，在充電過程中，CO2通過捕獲O2來影響Li₂O₂的分解途徑，從而抑制O₂的形成。

最后，引入CO₂也是一種簡單的負極保護策略，它使循環后的負極表面被Li₂CO₃覆蓋，避免了H₂0的腐蝕。二氧化碳含量為30%的Li-CO₂/O₂電池，放電產物的形貌和結晶度適中，最大程度地抑制了¹O₂的生成，電解質和負極的降解得到了適當的控制，從而獲得了最優異的電化學性能。

圖2. Li-CO₂/O₂電池循環后產物的結構表征

Unveiling the Reaction Mechanism and 1O2 Suppression Effect of CO2 in Li-CO2/O2 Battery through the Reacquaintance of Discharge Products，Energy Storage Materials 2023 DOI: 10.1016/j.ensm.2023.102886