1. Nano-Micro Letters：高熵層狀氧化物正極實現固態鈉離子電池的高倍率
鈉離子O3型層狀氧化物具有高能量密度、低成本的特點，是鈉離子電池的理想正極。然而，這類正極通常存在相變、動力學遲緩和空氣不穩定等問題，因此很難實現高性能固態鈉離子電池。
在此，中國科學院上海硅酸鹽研究所黃富強團隊通過設計高熵層狀氧化物正極實現了高倍率固態鈉離子電池。作者通過高熵設計和鋰摻雜策略減輕了晶格應力，增強了離子導電性，實現了Na0.95Li0.06Ni0.25Cu0.05Fe0.15Mn0.49O2的高倍率性能、空氣穩定性和電化學熱穩定性。該正極具有很高的可逆容量（0.2C時為 141 mAh g-1）、出色的速率能力（8C時為 111 mAh g-1，20C時為 85 mAh g-1）和長期穩定性（1000 次循環后容量保持率超過 85%）。
此外，該化合物在七天內保持不變，并在 279 ℃ 之前保持熱穩定性。特別地，該正極組裝的聚合物固態鈉電池在5C時的容量為 92 mAh g-1，在400次循環后的保持率仍高達96%。
圖1. 晶體結構表征
總之，該工作報告了一種用于固態鈉離子電池的新型高熵O3型層狀正極。高熵結構的設計和Li-TM相互作用減輕了晶格應力，提高了離子電導率，使低電壓區的O3-P3相變快速可逆，抑制了相變，從而獲得了優異的倍率性能和循環性能。
同時，由于強化了TMO2框架和Na-O結合能，Na0.95LNCFM表現出顯著的空氣穩定性和熱穩定性。高熵和Li-TM相互作用概念的結合是調節相演化、空氣穩定性和熱穩定性的有效策略。因此，該策略啟發了更多合理的設計，可應用于一系列O3正極，以提高固態鈉離子電池的性能。
圖2. Na0.95LNCFM PSE 電池的電化學性能
High-Entropy Layered Oxide Cathode Enabling High-Rate for Solid-State Sodium-Ion Batteries, Nano-Micro Letters 2023 DOI: 10.1007/s40820-023-01232-0
2. Nano Energy：多催化中心的ZnIn2S4@In2O3異質結構用于鋰硫電池
鋰硫（Li-S）電池中可溶性多硫化鋰（LiPSs）的“穿梭效應”會導致硫氧化還原反應動力學緩慢和容量快速衰減，嚴重限制了鋰-硫電池的大規模實際應用。
在此，福州大學張久俊，顏蔚，左銀澤等人采用具有多個催化中心的自恢復催化劑，通過ZnIn2S4-In2O3-ZnIn2S4三明治狀結構實現了S8與Li2S的串聯氧化還原反應。其中，外層的ZnIn2S4納米片網絡可以優先吸附S8，中間的In2O3作為吸附介質保證S8吸附并轉化為長鏈Li2S6/Li2S4，內層的ZnIn2S4可以進一步催化長鏈Li2S4向短鏈Li2S2/Li2S的轉化。
ZnIn2S4能夠更好地降低Li2S溶解的能壘，并進一步將其轉化為元素硫（S8）。在此過程中，In/O和In/Zn活性位點通過交替催化模式重新暴露，實現活性位點的自我恢復，從而增強長期催化活性。
圖1. 不同催化劑解決Li-S電池“LiPS”穿梭效應的催化機制
總之，該項工作報道了一種涂覆在隔膜上的具有多個催化中心的ZnIn2S4@In2O3自恢復催化劑，該催化劑通過對鋰硫電池的級聯催化，通過自恢復效應將硫氧化還原反應分為不同的步驟。三明治狀的ZnIn2S4-In2O3-ZnIn2S4結構的空間位阻和不同催化活性位點之間的相互作用有助于實現不同的吸附強度，誘導含硫物質的交替催化能力和吸附以及活性位點的自我恢復。結果顯示，ZnIn2S4@In2O3基電池顯著增強了倍率容量、循環穩定性和高面積容量。
特別地，鋰硫電池在1.0 C倍率下循環700次后仍保持429.5 mAh g-1的高容量。即使是硫負載量高達8.0 mg cm-2的電池，初始容量也高達1165.4 mAh g-1。因此，該工作準確揭示了鋰硫電池不同反應階段具有自恢復活性位點的多個催化中心的反應機理，并同時加速還原和氧化過程。該項工作制定的策略可以作為開發更高效、更實用的鋰硫電池的指南。
圖2.電池性能
Self-Recovery Catalysts of ZnIn2S4@In2O3 Heterostructures with Multiple Catalytic Centers for Cascade Catalysis in Lithium?sulfur Battery, Nano Energy 2023 DOI: 10.1016/j.nanoen.2023.109078
3. Joule：低成本無機表面膜實現高壓高功率鎂電池
具有無鹵化物電解質的鎂電池由于電解質分解而導致鎂金屬負極的穩定性差。在此，加拿大滑鐵盧大學Linda F. Nazar團隊報道了一種低成本的鎂支撐沸石膜解決其界面不穩定性問題。具體而言，該策略大大減少了Mg/電解質界面上游離二甘醇二甲醚的數量，同時允許Mg2+陽離子通過膜傳輸。
作者證明了在四（六氟異丙氧基）硼酸鎂/二甘醇鎂電解質中穩定的Mg沉積/剝離性能，并且其電池壽命延長了750倍（超過6000小時），以及庫侖效率高達～98%。此外，與Mg負極配對的Mo3S4正極在200次循環中具有91%的容量保持率。
圖2. 沸石膜的功能說明
總之，該工作報告了一種低成本沸石膜作為有效保護界面用于Mg金屬負極，導致無枝晶和高度穩定的鎂電鍍/剝離。在0.25 M Mg(B(Ohfip)4)2/G2電解質中電池實現超長壽命 (> 8個月)。該沸石膜的作用是減少Mg/電解質界面上的游離溶劑含量，從而緩解溶劑的分解。
此外，在全電池中驗證了沸石膜保護鎂負極的優越性。因此，該策略代表了一種通過界面改性穩定金屬負極電鍍/剝離的可行且具有成本效益的途徑，從而為高壓鎂金屬電池的發展鋪平了道路。
圖2. 電池性能
Stabilizing magnesium plating by a low-cost inorganic surface membrane for high-voltage and high-power Mg batteries, Joule 2023 DOI: 10.1016/j.joule.2023.10.012
4. Advanced Energy Materials：微觀結構對鈉金屬負極絲生長的影響
全固態電池（ASSB）由于其高能量和功率密度以及優異的安全性能而得到重大發展。雖然已經對鋰ASSB在無機固體電解質（SE）中的鋰枝晶生長進行了廣泛的研究，但對鈉基ASSB的研究仍舊匱乏。
在此，烏爾姆亥姆霍茲研究所Christian Kübel團隊采用多晶Na-β〃-氧化鋁作為SE模型材料，研究了金屬鈉在負極沉積過程中微觀結構對鈉絲生長的影響。具體而言，作者利用原位透射電子顯微鏡（TEM）測量和晶體取向分析，研究了微觀結構，特別是晶界（GB）類型和取向、鈉絲生長和鈉離子傳輸之間的關系。
此外，作者探討了在GBs處/穿過GBs的各向異性鈉離子傳輸取決于鈉離子傳輸平面的取向和施加的電場對電流分布和鈉絲生長位置的影響。最后，作者通過二次離子質譜儀（SIMS）分析驗證了原位TEM分析，其中觀察到鈉絲在空隙內和沿晶界生長，導致鈉網絡形成，可能導致電池故障。
圖1. 原位 TEM 設置的電流密度分布的計算模型
總之，該工作進行了原位偏置實驗，以研究室溫下 TEM 中 Na-β”-氧化鋁│Au(Pt) 多層系統中 Na 的傳輸和沉積。研究發現，Na沉積不僅發生在Na-β”-氧化鋁和Au(Pt)之間的界面處，而且還發生在Na-β”-氧化鋁“塊體”中的選定晶界上。Na細絲的生長主要沿著連接到Au(Pt)電極的GBs開始。Na細絲結構從該晶界滲透到鄰近的晶界。此外，Na 晶須從 TEM 薄片的厚框架中生長出來。這表明鈉絲的生長可以從SE和負極之間的界面以及SE內部的GBs開始。
因此，作者證明了Na+擴散沿著一些晶界增強，因為Na金屬在晶界和Au(Pt)電極之間的三重邊界處積累。根據循環 Na-β”-氧化鋁的SIMS分析，除了GB之外，在鍍Na過程中，空隙也可以起到Na沉積的作用，這可能是由于空隙表面/GB 處的電位差所致。總體而言，根據局部微觀結構，Na-β”-氧化鋁中的各向異性傳輸導致在循環鈉沉積過程中沿著晶界和空隙形成鈉絲網絡，從而導致電池失效。
圖2. Na-β”-氧化鋁中鈉絲網絡的形成
The Impact of Microstructure on Filament Growth at the Sodium Metal Anode in All-Solid-State Sodium Batteries, Advanced Energy Materials 2023 DOI: 10.1002/aenm.202302322
5. Advanced Functional Materials：鋰合金化金屬顆粒實現無鋰全固態電池
全固態電池（ASSB）負極中鋰合金形成金屬的合金化行為會嚴重影響鋰的粘塑性流動和沉積，從而決定電池的性能。
在此，漢陽大學Yun Jung Lee團隊報告了一種用于無鋰全固態電池（ASSB）的超穩定呼吸式鎂負極，在運行過程中，鎂粒子的粒子間距會發生變化。該工作提出鎂顆粒之間獨特的鋰沉積是由鎂顆粒表面到核心的鋰濃度梯度（LCG）產生的，這種梯度產生了一種驅動力，將鋰吸引到低濃度一側，鋰積累后沉積在鎂表面。
基于對具有不同合金化和擴散動力學的鋰合金形成金屬的比較研究，將 LCG 歸因于鎂與鋰的緩慢合金化動力學以及鋰在鎂鋰合金中的緩慢擴散。通過在負極內均勻容納鋰沉積物，確保了界面穩定性。采用 LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2 正極的全電池具有超高的穩定性和可逆性，在 30 ℃ 下循環 1000 次，庫侖效率超過 99.9%。
圖1. 負極中鎂和銀粒子與鋰的電化學合金化/脫合金行為
總之，該工作根據不同的金屬-鋰合金化動力學和鋰在金屬-鋰合金相中的擴散速率，系統地研究和解釋了鋰合金化金屬顆粒無鋰 ASSB 負極的鋰沉積行為。作者認為，鎂顆粒之間這種獨特的大量鋰沉積來自于從鎂顆粒表面到核心的 LCG，這種 LCG 可能是由于鎂與鋰的緩慢合金化動力學以及鋰在鎂鋰合金中的緩慢擴散而形成的。
這種 LCG 起到了一種驅動力的作用，它將鋰吸引到低濃度一側并導致鋰積累，然后沉積在鎂表面。通過在負極內部均勻容納鋰沉積物，負極和 SE 之間的界面反復分離現象被抑制，從而保持了界面的完整性。這種會呼吸的鎂粒子陽極作為采用 NCM811 正極的無鋰 ASSB 全電池的負極，顯示出超高的穩定性，在超過 1000 個循環中顯示出超過 99.9% 的 C.E.。
此外，當使用 Li3N 作為正極犧牲劑時，無鋰離子 ASSB 全電池表現出優異的循環性能，在 500 次循環后容量保持率達到 80%，并可穩定運行 1000 次以上。因此，該項研究拓寬了對無鋰離子電池中鋰離子沉積行為的理解，鋰離子沉積行為隨所采用的鋰合金形成金屬而變化，并證明了鋰合金形成金屬的熱力學和動力學特性在控制無鋰離子電池中鋰離子沉積行為方面的至關重要性。
圖2. 電池性能
Ultra-Stable Breathing Anode for Li-Free All-Solid-State Battery Based on Li Concentration Gradient in Magnesium Particles, Advanced Functional Materials 2023 DOI: 10.1002/adfm.202310259
6. Advanced Energy Materials：B 摻雜誘導的界面化學實現快速、穩定的鈉存儲
在電極-電解質界面構建穩定的固體電解質界面（SEI）對于優化電池性能至關重要。然而，與界面化學相關的研究特別關注電解質工程，而忽視了調節電極材料。
在此，山東大學奚寶娟、宋克鵬等人通過簡單有效的化學還原反應制備了硼摻雜的Bi互連納米粒子（B-Bi）。B摻雜有助于催化電解液分解并在電極表面形成更多NaF，從而有利于穩定均勻的SEI并增強電極機械穩定性。
具體而言，該種堅固的SEI層可以抑制電解質的進一步分解并促進界面Na轉移。B-Bi 在 1.0 A g?1 時提供 403.1 mAh g?1 的可逆容量，在 80 A g?1 時提供 203 mAh g?1 的高倍率性能。
圖1. SEI 表征
總之，該工作開發了一種新穎的 B 摻雜策略，在 Bi 表面構建穩定的 SEI 層作為 SIBs 負極材料。所形成的 B-Bi 材料表現出高倍率性能（在 80 A g?1 下為 203 mAh g?1）和出色的可逆容量（在 1.0 A g?1 下循環 2500 次后為 403.1 mAh g?1）。
同時，B-Bi 在 5.0 A g?1 下循環 5000 次后表現出高的 CE，約為 100%。B摻雜不僅改變Bi的電荷分布，有效增強Na擴散動力學，而且調節界面化學，促進NaPF6中的P-F鍵和DME中的C-O鍵分解，從而形成高度穩定的富含 NaF 的 SEI。同時，也可以通過 HRTEM 和 XPS 分析提供進一步的演示，并通過 DFT 計算進行確認。
此外，通過計算驗證了 B 摻雜方法在促進 Sb 材料作為 SIBs 負極的穩定 SEI 方面是可行的。因此，該項研究開辟了一條通過配置電極材料構建穩定SEI層來調節界面化學的新途徑。
圖2. DFT計算
Robust Interfacial Chemistry Induced by B-Doping Enables Rapid, Stable Sodium Storage, Advanced Energy Materials 2023 DOI: 10.1002/aenm.202302825
7. Advanced Materials:微流控輔助3D打印二維導電MOF/MXene異質結構用于高穩定性有機鋅電池
與鋅箔負極相比，鋅粉（Zn-P）負極在通用性和可加工性方面具有顯著優勢。然而，其高表面積的粗糙表面加劇了鋅枝晶的不可控生長和副反應。
在此，揚州大學龐歡團隊通過微流體輔助 3D 打印成功制造了具有由 MXene 和 Cu-THBQ (MXene/Cu-THBQ) 異質結構形成的功能層的防腐 Zn-P 基負極。MXene/Cu-THBQ功能層獨特的抗腐蝕性和對Zn離子的強吸附性，可以在重復鍍/提鋅過程中有效均勻鋅離子通量，抑制析氫反應(HER)，從而實現穩定的Zn循環。
因此，基于 Zn-P 和 MXene/Cu-THBQ 負極的對稱電池在 2 mA cm?2/1 mAh cm?2 下表現出 1800 小時的高度可逆循環。此外，與石墨烯上的4-羥基-2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基有機正極相匹配的鋅有機全電池提供了高可逆容量并保持了較長的循環壽命。
圖1. M3DP-MXene/Cu-THBQ/Zn-P//G-TEMPO 全電池性能
總之，該工作提出了一種新型微流體輔助 3D 打印技術，利用 MXene/Cu-THBQ 異質結構創建穩定的 Zn-P負極，用于構建高性能水性有機鋅電池。由于鋅離子在2D MXene/Cu-THBQ功能層異質界面上的強烈吸附，可以同時抑制鋅枝晶的生長、析氫和副反應。
結果顯示，Zn//Zn對稱電池在2 mA cm-2 /1 mAh cm-2下表現出1800小時的可逆循環特性。同時，1050 個循環內的鋅電鍍/剝離 CE 高達 99.5%，表明鋅的可逆性顯著增強。更重要的是，與G-TEMPO正極組裝的全鋅有機電池具有1200次循環的長壽命，容量保持率為96.8%。
此外，全鋅有機電池的優異性能展示了其巨大應用潛力。因此，該項研究展示了使用微流控3D打印策略對鋅和功能層之間界面的動態調節，這為鋅金屬負極的有效界面設計和快速制造提供了新的見解。
圖2. 鋅離子電池在實際中的應用
MICROFLUIDIC-assisted 3d Printing Zinc Powder Anode with 2d Conductive MOF/MXene Heterostructures for High-stable Zinc-organic Battery, Advanced Materials 2023 DOI: 10.1002/adma.202309753
8. Nano Letters：單晶金屬有機框架中 PbO7 節點的軌道耦合增強了 Li-O2 電池的電催化性能
優化金屬有機框架（MOF）中金屬中心的局部配位環境對于調節鋰氧（Li-O2）電池的過電勢至關重要，但也具有挑戰性。
在此，北京大學郭少軍團隊報告了在單晶 MOF（萘-鉛-MOF，稱為 Na-Pb-MOF）中合成了一類 PbO7 節點，以顯著增強放電和充電過程的動力學。與單晶四甲氧基鉛-MOF（4OMe-Pb-MOF）中的PbO6節點相比，Na-Pb-MOF的PbO7節點中Pb-O鍵長增加，導致Pb5d-O2p軌道更弱耦合，優化了中間體的吸附相互作用，從而促進了LiO2還原為Li2O2和LiO2氧化為O2的速率，從而降低了整個反應的活化能。
因此，基于Na-Pb-MOF電催化劑的Li-O2電池表現出0.52 V的充放電過電位和140次循環的優異循環壽命。
圖2. Na-Pb-MOF 和 4OMe-Pb-MOF 的表征
總之，單晶 Na-Pb-MOF 中 PbO7 位點的軌道耦合可增強 Li-O2 電池中的 ORR 和 OER 動力學。具體而言, Na-Pb-MOF中PbO7節點中Pb-O鍵長比4OMe-Pb-MOF中六配位PbO6節點的鍵長長，這導致Pb與O之間的軌道耦合較弱。
Na-Pb-MOF 中的 PbO7 節點比 4OMe-Pb-MOF 中的 PbO7 節點要多。Na-Pb-MOF中Pb 5d和O 2p之間軌道耦合的減少削弱了PbO7位點和LiO2之間的相互作用，從而顯著改善了OER和ORR動力學。在1000 mAh g-1的固定容量下， Na-Pb-MOF基Li-O2電池表現出0.52 V的低總過電位和140次的穩定循環性能。因此，該項研究為鋰氧電池電催化劑在軌道耦合水平上的合理設計提供了寶貴的見解。
圖2. Na-Pb-MOF和4OMe-Pb-MOF的電催化性能
Orbital Coupling of PbO7Node in Single-Crystal Metal-Organic Framework Enhances Li-O2 Battery Electrocatalysis, Nano Letters 2023 DOI: 10.1021/acs.nanolett.3c03576
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