1. Advanced Energy Materials：可持續雙層界面實現持久穩定的鋰金屬負極

鋰金屬負極（LMA）是下一代高能量電池的關鍵，它的比容量高達 3860 mAh g^-1，與標準氫電極相比，電勢低至 -3.04 V。這些特性使得鋰金屬電池（LMBs）在與氧氣或硫等高容量正極配對時，能量密度可達到 500 Wh kg^-1，大大超過目前領先的鋰離子電池。然而，在循環過程中，固有的 SEI 會因電極體積膨脹而破裂，從而形成鋰枝晶成核的 “熱點”。這種固有的不穩定性凸顯了一個關鍵挑戰，要想充分發揮 LMA 在高能量密度電池系統中的潛力，就必須解決這個問題。

在此，西北工業大學黃維教授、艾偉教授團隊采用聯合電紡絲-軋制技術開發了一種可持續的雙層界面（SDI）保護鋰負極。在這種 SDI 中，聚丙烯腈（PAN）納米纖維可使整個電解質中的鋰離子通量均勻化，并緩解電極體積膨脹。

更重要的是，親鋰金屬離子的持續釋放有助于在原位構建合金相，從而促進鋰離子傳輸和鋰的均勻沉積。在 SDI 薄膜的動態保護下，合金層上的裂紋可在循環過程中及時修復，從而確保電解質-負極界面的有效控制和鋰金屬膜的長期穩定。

經過驗證，使用 PAN/SnCl₂ 薄膜作為 SDI 原型，對稱電池在 5 mA cm^-2 和 5 mAh cm^-2 的條件下實現了 5200 小時（≈7 個月）的超長循環。與硫正極（在醚電解質中）或 LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂ 正極（在酯電解質中）配對時，全電池表現出卓越的穩定性和倍率性能。

圖1. 雙層界面的制備及形貌表征

總之，該工作為實現 LMA 的持久穩定性提出了一種由電紡納米纖維層和原位 LixM 合金界面組成的 SDI 層。在長期鋰循環過程中，上層聚合物納米纖維層有助于鋰離子在電極表面均勻分布。此外，它還能持續提供金屬離子，為下層的鋰-M 合金中界面提供支持，而下層的鋰-M 合金界面具有優異的親鋰性和快速離子傳輸特性。

此外，由此產生的合金界面通過分散鋰金屬表面的局部電流密度，確保了均勻的鋰成核和沉積。優化后的 PAN/SnCl₂-Li 負極具有 45 mV 的低成核過電位、99.52% 的高平均 CE 、超過 5200 h（≈7 個月）的超長循環壽命、5 mA cm^-2 的高電流密度和 5 mAh cm^-2 的高面積容量。因此，該種界面設計不僅有助于加深對穩定電解質負極界面的理解，而且可推動高性能 LMB 的商業化發展。

圖2.電池性能

Sustainable Dual-Layered Interface for Long-Lasting Stabilization of Lithium Metal Anodes， Advanced Energy Materials 2023 DOI: 10.1002/aenm.202302695

2. Advanced Materials：可逆鋰-二氧化碳電池雙向催化劑的能帶工程指導設計

Li-CO₂電池在碳中和背景下引起了人們的極大興趣，但其實用性受到了正極CO₂氧化還原反應動力學緩慢的嚴重阻礙，帶來了過高的過電位和低庫侖效率等嚴峻的挑戰。對于復雜的多電子轉移過程，在分子或原子水平上設計催化劑以及理解電子狀態與性能之間的關系對CO₂氧化還原至關重要。

在此， 深圳大學楊金龍，清華大學深圳國際研究生院周光敏等人以Co₃S₄為模型體系，通過密度泛函理論計算表明，引入Cu和硫空位后，Co₃S₄的d帶和p帶中心分別在CO₂和Li兩種物質間雜化，有利于反應物的吸附和Li₂CO₃的分解，實驗結果進一步驗證了能帶工程的有效性。結果制備出了一種高效的雙向催化劑，其電壓間隙極小，僅為0.73 V，庫侖效率高達92.6%，超過了同類條件下的催化劑。

圖2.電化學性能

總之，該工作應用能帶工程設計制備高效的Vs-Co₂CuS₄ CO2氧化還原催化劑。結合DFT計算和實驗，揭示了其結構與Li-CO₂電池性能之間的關系。結果表明，p帶中心的向上移動加強了Vs-Co₂CuS₄與Li物種之間的相互作用，有利于電荷擴散途徑的形成，進一步促進Li₂CO₃的分解。

此外，雙向Vs-Co₂CuS₄表現出優異的電化學性能，電壓間隙極小，為0.73 V，庫侖效率高達92.6%。因此，該研究為開發高效正極催化劑和理解高性能鋰-二氧化碳電池的電化學催化機理提供了有價值的見解。

圖2.DFT計算

Energy Band Engineering Guided Design of Bidirectional Catalyst for Reversible Li-CO2 Batteries， Advanced Materials 2023 DOI: 10.1002/adma.202308889

3. Angewandte Chemie International Edition：三角協同策略的快鈉離子導電聚合物電解質用于準固態電池

聚合物電解質由于其高界面兼容性和可加工性，為構建高安全準固態電池提供了一條有效途徑。然而，室溫下緩慢的離子傳輸嚴重限制了它們的應用。

在此，鄭州大學陳衛華教授團隊提出了一種三角協同策略，通過聚合物鹽、離子液體和富電子添加劑的組合來加速鈉離子傳導。特別地，PVDF-HFP和NaTFSI鹽作為框架包含所有成分。離子液體通過減弱分子力軟化聚合物鏈，并為離子傳輸提供額外的液體路徑。結果表明，具有π-陽離子相互作用的富電子Nerolin促進了NaTFSI的解離，并有效抑制了EmimFSI中大陽離子的競爭性遷移，從而降低了離子傳輸的能壘。

該策略產生了以 NaTFSI 鹽分解為主的薄層富 F界面，從而使Na⁺能夠快速穿過界面。因此，該聚合物電解質在25 °C時具有高離子電導率(1.37 × 10^?3 S cm^?1) 和 t_Na+ (0.79)。組裝的電池具有可靠的倍率性能和穩定性（200次循環，99.2%，0.5 C），并具有良好的安全性能。

圖1. 離子傳輸機制

總之，該工作通過三角協同策略，充分利用PVDF-HFP、NaTFSI、saltemm -fsi離子液體和富電子的Nerolin的優勢，成功制備了一種快速的鈉導電聚合物電解質，以生產安全穩定的準固態金屬電池。聚合物電解質在25°C時具有1.37 x 10^-3s cm^-1，t_Na+為0.79。組裝后的準固態電池在200次循環后表現出良好的倍率性能和循環穩定性(容量保持率為99.2%)。

結果表明，強π-陽離子相互作用削弱了Emim^–的遷移能力，充分利用了離子液體在穩定的PVDF-HFP和NaTFSI框架內提供額外的傳輸途徑的優勢。因此，該策略同樣適用于鋰基電池，即該工作為安全穩定的準固態電池聚合物電解質中先進金屬離子傳導動力學提供了一種新方法。

圖2. 電池性能

A Fast Na-Ion Conduction Polymer Electrolyte via Triangular Synergy Strategy for Quasi-Solid-State Batteries， Angewandte Chemie International Edition 2023 DOI: 10.1002/anie.202315076

4. ACS Nano：微量添加劑的原子釘扎對高可逆金屬鋅負極界面溶劑化的影響

水系鋅金屬電池因其能量密度高、成本低而被認為是有前途的儲能器件。不幸的是，這種巨大的潛力受到鋅枝晶生長和副反應的影響。

在此，浙江大學陸盈盈，黃靖云等人引入微量甜蜜素（CYC-Na）作為電解質添加劑，據此提出了原子釘扎誘導的界面溶劑化機制來研究微量添加劑的影響。具體來說，-NH-和-SO₃基團的共吸附克服了環翻轉效應，并將CYC陰離子固定在Zn負極表面，從而顯著改變了界面處的Zn²⁺溶劑化。

該過程使表面Zn²⁺通量均勻化，并減少表面上的H₂O和SO₄^2-含量，從而消除副產物并促進Zn沉積。含有微量CYC-Na的電池可穩定循環3650小時，并且在56.9%的高放電深度下循環330小時。

圖1. 界面和溶液中的溶劑化過程

總之，該工作引入微量的CYC-Na添加劑改善AZMBs中鋅負極的可逆性，結果表明，微量的CYC通過強烈的?SO₃吸附在鋅負極表面。由于?NH–對鋅負極也具有很高的親和力，?NH–和?SO₃的共吸附克服了環翻轉效應，并將CYC平行于鋅負極表面固定。平行模式擴大了單個CYC所占據的表面積，使微量的CYC形成足夠的吸附層，誘導Zn²⁺的均勻沉積。

由于這種效應，微量的CYC-Na添加可以實現沿(002)取向的鋅沉積，抑制鋅枝晶生長和表面鈍化。在20 mA cm^–2，10 mAh cm^–2和DOD為56.9%時，電池壽命保持在330小時以上。使用改性電解液組裝的Zn||V₂O₅全電池可穩定循環1000次，且負極表面平坦。因此，該工作提出的機制將為AZMBs中微量添加劑的研究提供借鑒。

圖2. 電池性能

Atomic Pinning of Trace Additives Induces Interfacial Solvation for Highly Reversible Zn Metal Anodes， ACS Nano 2023 DOI: 10.1021/acsnano.3c07257

5. Advanced Energy Materials：薄，高離子導電，機械堅固的固體電解質用于全固態鋰電池

薄而堅固的固體電解質層對于實現超越最先進的鋰離子電池（LIB）的全固態電池（ASSB）的理論能量密度至關重要。

在此，大邱慶北科學技術學院Yong Min Lee，韓國電子通信研究院Young-Gi Lee等人提出了一種簡單且實用的策略即使用5 μm的多孔聚乙烯隔膜作為基底框架制造薄固體電解質膜。具體而言，在涂覆 Li6PS₅Cl (LPSCl) 固體電解質復合材料后，這種基于框架的固體電解質 (f-SE) 膜的厚度也可以減少至約 45 μm。與厚 LPSCl 顆粒相比，f-SE 膜的離子電導率略低，但 f-SE 膜在 Li||Li 對稱電池中表現出高電導率和低過電勢。

與采用傳統 LPSCl 顆粒的電池相比，將其運用于 LiNi_0.7Co_0.15Mn_0.15O₂ 全電池中可提高可逆容量和倍率性能。f-SE 膜電池在 250 個循環中表現出優異的穩定性，同時保持高容量和庫侖效率。值得注意的是，f-SE 膜顯著增加了 ASSB 的能量密度（314 Wh kg^?1），超過了硫化物電池的報告值。

圖1. 電池性能

總之，該工作基于多孔 PE 框架SE 薄膜的制造和表征。具體而言，它們表現出優異的機械性能（拉伸強度：44.1 MPa），并在 140 °C 的熱收縮測試后保持完整結構，同時保持超薄的厚度（45 μm）。基于厚度優勢，f-SE 膜表現出顯著的離子電導（113 mS），幾乎是傳統 LPSCl 顆粒（53 mS）的兩倍。

此外，本文采用f-SE膜和NCM711正極的ASSB全電池實現了314 Wh kg^?1和404 Wh L^?1的能量密度，超過了商用液體電解質的能量密度。在優異電導的影響下，帶有f-SE膜的電池比傳統LPSCl顆粒電池表現出更高的可逆容量和倍率性能。因此，f-SE膜表現出優異的機械強度、熱穩定性和高電導率，使其成為大規模生產和商業化ASSB的有希望的候選者。

圖2. 鋰電池模型

Thin, Highly Ionic Conductive, and Mechanically Robust Frame-Based Solid Electrolyte Membrane for All-Solid-State Li Batteries， Advanced Energy Materials 2023 DOI: 10.1002/aenm.202302596

6. Advanced Functional Materials：定制雙電層的雙電荷有機分子添加劑用于超穩定的鋅金屬軟包電池

水系鋅金屬電池（AZMBs）的電化學性能高度依賴于鋅電極/電解質界面處的雙電層（EDL）特性。

在此，廣西大學何會兵團隊通過雙電荷茶氨酸（TN）添加劑構建了一種新型重構EDL，用于制造超穩定和可深度充電的AZMB。研究表明，帶正電荷的 TN在鋅負極上形成一個貧水的赫爾姆霍茲平面，而且其陰離子還可以與 Zn²⁺ 配合，調整擴散層中的溶劑化結構，并進一步重構內部的氫鍵網絡，從而有效地引導 Zn 均勻沉積并抑制副反應。因此，在80% 的高放電深度下，Zn//Zn 電池獲得了近 800 小時的出色循環穩定性。

此外，在實際條件下，Zn//VOX 全電池在2 A g^-1 條件下循環1400 次后，容量保持率為94.12%。重要的是，所設計的2.7 Ah Zn//VOX 軟包電池的能量密度達到42.3 Wh Kg_cell^-1和79.5 Wh L_cell^-1，在50 mA g^-1條件下循環220 次后，容量保持率高達85.93%。

圖1. 結構表征

總之，該工作通過在基本 ZnSO₄ 電解液中引入微量雙電荷有機TN 添加劑，即在金屬鋅負極上開發出了一種新型EDL。研究表明，作者發現帶正電荷的 TN（20 mm）與 Zn 負極之間的優先相互作用形成貧水的亥姆霍茲平面（HP）層，而且TN 的陰離子端還可以調整水合 Zn²⁺ 離子的溶劑化結構，重建自由水分子之間的內部氫鍵網絡，從而有效抑制水引發的副反應，并引導 Zn(002) 平行沉積。利用 TN 添加劑的多功能優勢，含 TN 的電解液使 Zn//Zn 對稱電池在 5 mA cm^-2 的條件下具有 2000 小時的持久循環壽命，即使在 80% 的高 DOD 條件下也有近 800 小時的壽命。

此外，在有限鋅負極（N/P= 4.11）和電解質（E/C = 45 μL mAh^-1）的實際條件下，采用 TN 改性電解質的鋅//VOX 全電池可提供高的容量保持率（在 2A g^-1 條件下循環 2000 次后達到 94.12%）。

最重要的是，封裝后的 2.7 Ah Zn//VOX 軟包電池在整個電池水平上可提供 42.3 Wh Kg^-1 和 79.5 Wh L^-1 的能量密度，并且在 220 次循環后具有 85.93% 的高容量保持率。因此，該項工作通過考慮 EDL 調節與鋅負極電化學性能之間的相關性，為選擇具有多種功能的電解質添加劑探索了一條新路，從而為 AZMB 的實際應用及其他應用提供了新的見解。

圖2. 電池性能

A Double-Charged Organic Molecule Additive to Customize Electric Double Layer for Super-Stable and Deep-Rechargeable Zn Metal Pouch Batteries，Advanced Functional Materials 2023 DOI: 10.1002/adfm.202311773

7. ACS Nano：自適應電離誘導可調諧雙電層適用于寬pH和溫度范圍鋅金屬電池

金屬鋅在水性電解液中劇烈的副反應導致界面局部pH值劇烈波動，加速鋅負極擊穿；因此，開發適應寬pH范圍的優化策略對于改進水系鋅金屬電池尤為關鍵。

在此，福建師范大學曾令興、陳慶華，Xiong Peixun等人報道了一種由甘氨酸(Gly)添加劑調諧的ph自適應電雙層(EDL)，它在寬ph水溶液中表現出優異的穩定鋅負極的能力。研究發現，無論是在弱酸性電解質還是堿性電解質中，Gly離子EDL能促進載流子的定向遷移，從而成功地抑制了局部飽和。

結果表明，未發生二聚反應的Gly添加劑可以在IHP內進行有序而密集的垂直吸附，有效降低Zn²⁺的EDL排斥力，并將H₂O從負極表面隔離。因此，具有可調EDL的鋅負極在較寬的pH值和溫度范圍內均表現出優異的電化學性能，在ZnSO₄-Gly電解質的鋅對稱電池中，其循環可逆性可達7000 h，在KOH-Gly電解質的鋅對稱電池中，其壽命延長了50倍。

圖1. 作用機制

總之，該工作發現Gly添加劑可以適應較寬的pH環境進行電離，從而調節不同電解質中Zn電極表面的EDL。在低pH電解液(ZnSO₄, pH ~ 4)中，Gly可以降低EDL排斥，并與水分子競爭Zn²⁺溶劑化。在高pH (KOH, pH ~ 14)電解液中，含Gly的EDL有利于[Zn(OH)₄]^2-的吸附，阻礙其再擴散，從而有效抑制了[Zn(OH)₄]^2-的不可逆溶解。

結果表明，采用ZnSO₄-Gly電解液制備的Zn||鋅對稱電池，在1mA cm^-2下可逆鍍/剝出時間可達7000 h，在4 mA cm^-2下可逆溶出時間可達5000 h，鋅負極(~ 20 μm厚度)利用率高達93%，KOH-Gly電解液中的鋅負極也表現出良好的電化學性能。

更重要的是，通過對高DOD、低N/P、鋅粉負極軟包電池、堿性高壓全電池等接近實際應用場景的不同器件進行組裝和性能測試，全面驗證了Gly提升AZMBs實用性的能力。因此，該工作為設計與實際多應用場景相兼容的AZMBs電解質添加劑提供了研究思路。

圖2. 電池性能

Adaptive Ionization-Induced Tunable Electric Double Layer for Practical Zn Metal Batteries over Wide pH and Temperature Ranges， ACS Nano 2023 DOI: 10.1021/acsnano.3c09774

8. Energy & Environmental Science：石墨負極的溫度響應溶劑化結構及界面化學研究

由于溶劑和陰離子與Li⁺的競爭配位，溫度的變化導致Li⁺的初級溶劑化結構發生相應的轉變；然而，具體的變化和對界面化學的影響研究較少且不明確。

在此，復旦大學夏永姚團隊研究了石墨負極化成溫度對溶劑化結構、界面化學和電化學性能的影響，以找出結構-性能之間的關系。光譜分析和分子動力學模擬表明，溫度升高導致Li⁺的初級溶劑化結構中Li⁺-陰離子相互作用增強，Li⁺-溶劑相互作用減弱。隨著溫度的升高，容易產生陰離子為主的溶劑化鞘和相應的富無機固體電解質界面(SEI)。

然而，在高溫下，更多的溶劑傾向于被還原，導致界面中有機物質明顯增加。在溫度響應的溶劑化結構和熱還原的協同作用下，在25℃下形成的SEI已被裝備為一種穩定的富LiF無機膜，具有中等厚度和低能壘，用于平穩的Li⁺擴散。這些特性使石墨負極在25℃下5C時具有256 mAh g^?1的高倍率能力，與25℃時相比，即使在?45℃時也具有50.4%的高容量保持率。

圖1. 溶劑化結構

總之，該工作通過深入的理論和實驗分析，揭示了Gr負極的結構-性能關系，很好地描述了溫度如何影響溶劑化鞘、界面化學和電化學性能。研究表面，隨著溫度的升高，更多的FSI^–陰離子和更少的溶劑參與Li⁺的初級溶劑化鞘，導致Li⁺-FSI^–陰離子相互作用增強，離子-偶極子相互作用減弱。

隨著溫度的升高，產生了陰離子為主的溶劑化結構和富無機界面相。同時，PDOS計算證明，EDFA溶劑的還原穩定性隨著溫度的升高而降低，導致SEI在高溫下形成較高的有機組分。獨特的溶劑化結構和溶劑在25℃下適度的還原穩定性，生成了穩定的富LiF無機SEI，可以有效地防止與電解質的負反應。這種SEI極大地促進了Li⁺遷移。這些特性使得Gr負極在5C下具有256 mAh g^?1的高倍率性能和長循環穩定性，在25℃下循環300次后容量保持率為93.3%。

此外，在25℃下形成SEI的Gr負極在-45℃下獲得了175 mAh g^-1的高可逆容量，與25℃相比，容量保持率為50.4%。因此，該項工作揭示了溫度響應的溶劑化鞘和界面化學，為理解電解質在分子水平上的行為提供了見解。

圖2. 電池性能

Unraveling the temperature-responsive solvation structure and interfacial chemistry for graphite anode， Energy & Environmental Science 2023 DOI: 10.1039/d3ee03176d