1. ACS Nano：高混沌誘導多陰離子富溶劑化結構實現超高電壓和寬溫鋰金屬電池

LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂ 正極的超高能量密度（>400 Wh/kg）鋰金屬電池的電解質要求能承受高電壓（≥4.7 V），并能適應較寬的溫度范圍。然而，在高溫高壓條件下，電池性能會因電極-電解質的劇烈反應而下降，而在低溫條件下，鋰枝晶通常會因動力學不良而過度生長。

在此，華中科技大學黃云輝，韓建濤，方淳等人提出了一種高混沌電解質設計策略，該策略可促進形成涉及多種陰離子的弱溶劑化結構。通過定制富含多重陰離子的Li⁺-EMC-DMC-DFOB–PO₂F₂–PF₆–溶劑化鞘，獲得了穩健的富無機電解質界面（EEI），在高壓（4.7 V）和高溫（45 ℃）條件下可抵抗激烈的界面反應。

此外，多陰離子溶劑化結構削弱了 Li⁺ 的溶劑化，有利于 Li⁺ 在低溫（-30 ℃）下去溶劑化劑，大大提高了電荷轉移動力學，抑制了鋰枝晶的生長。

圖1. 高混沌電解質的設計機理圖

總之，該工作通過高混沌電解質進一步優化溶劑化化學反應，開發出了一種高電壓、寬溫度鋰金屬電池。在正極和負極均獲得了由 Li⁺-EMC-DMC-DFOB–PO₂F₂–PF₆– 高混沌溶劑化鞘形成的堅固的富無機界面膜，該界面膜在高電壓和高溫條件下可抵抗劇烈的界面反應，并能長期保持優異的穩定性能。

因此，以 NCM811 為正極的鋰金屬電池在 -30 至 45 ℃ 的溫度范圍內和 4.7 V 的超高截止電壓下都表現出了卓越的電化學性能。在 4.7 V 和 45 ℃ 下，HCE 電池在 200 個循環后的容量保持率接近 80%，明顯高于 BLE 電池的 42%。在 4.7 V 和 -30 ℃ 下，HCE 電池的比放電容量高達 126 mAh g^-1，在 200 個循環后仍保持 92 mAh g^-1，而 BLE 電池的容量迅速下降到幾乎為0。

該工作為調控高混沌電解質提供了一種創新策略，以進一步優化溶劑化化學，從而實現高電壓和寬溫度應用。

圖1. 電池性能

High Chaos Induced Multiple-Anion-Rich Solvation Structure Enabling Ultrahigh Voltage and Wide Temperature Lithium-Metal Batteries, ACS Nano 2023 DOI: 10.1021/acsnano.3c09759

2. Advanced Materials：Palygorskite衍生三元氟化物實現高能量密度Li-S軟包電池

盡管在鋰-硫（Li-S）紐扣電池層面，各種優異的電催化劑/吸附劑作為硫正極材料取得了顯著進展，但由于在低電解質/硫（E/S）和負/正（N/P）比的條件下，厚硫正極的鋰離子傳輸效率低下，加劇了穿梭效應和緩慢的氧化還原動力學，實用Li-S 軟包電池的高能量密度（WG）仍然受到限制。

在此，中國地質大學楊華明，中南大學唐愛東等人開發出了一種新型三元氟化物 MgAlF₅-2H₂O，它具有超快離子傳導-強多硫化物捕獲功能。MgAlF₅-2H₂O 具有反韋伯斯特型晶體框架，其中[AlF₆]-[MgF₄ (H₂O)₂]八面體單元分別沿[100]和[010]方向延伸形成二維鋰離子傳輸通道。

作為正極硫宿主，由 LiTFSI（鋰鹽鋰鹽電解液）鋰化的 MgAlF₅-2H₂O 可作為快速離子導體，確保在高 S 負載、低 E/S 和 N/P 條件下高效傳輸鋰離子，從而加速氧化還原動力學。同時，強極性的 MgAlF₅-2H₂O 通過化學吸附作用捕獲多硫化物，從而抑制穿梭效應。因此，1.97 A h 級Li-S 軟包電池的 WG 值高達 386 Wh kg^-1。

圖1. 電池性能

總之，該工作通過一步水熱法合成了一種新的三元氟化物 MgAlF₅-2H₂O。MgAlF₅-2H₂O 具有反韋伯斯特型晶體結構，其中[AlF₆]-[MgF₄ (H₂O)₂]八面體單元分別沿[100]和[010]方向延伸形成二維鋰離子傳輸通道。基于 MgAlF₅-2H₂O 的離子導體在 25°C 時表現出 0.84 mS cm^-1 的高離子電導率，其中鋰離子的傳導路徑是沿著[MgF₄ (H₂O)₂]八面體的通道。

作為硫正極宿主，LiTFSI 鋰化的 MgAlF₅-2H₂O 是一種快速離子導體，可確保鋰離子在高 S 負載、低 E/S 和 N/P 條件下，確保鋰離子的高效傳輸，從而加速 Li₂S 氧化還原動力學。同時，強極性 MgAlF₅-2H₂O 通過化學吸附作用捕獲鋰離子，從而抑制穿梭效應。值得注意的是，1.97 A h 級Li-S 軟包電池在低 E/S 條件下可獲得 386 Wh kg^-1 的高 WG。

因此，該項研究提供了一種新型離子導體和一種可大規模生產的新型宿主材料，同時也為天然礦物在電池領域的應用帶來了新的前景。

圖2. 軟包電池的結構及性能

Palygorskite-Derived Ternary Fluoride with 2d Ion Transport Channels for Ampere Hour-scale Li-S Pouch Cell with High Energy Density Advanced Materials 2023 DOI: 10.1002/adma.202307651

3. Advanced Materials：水系鋅雙離子電池中的硒錨定氯氧化還原化學

具有Cl⁰到Cl^–氧化還原反應(ClRR)的氯基電池由于其高氧化還原電位和大理論容量而有望用于高性能儲能。然而，ClRR固有的氣液轉換特性以及較差的Cl固定性會導致Cl₂泄漏，降低電池的可逆性并引發安全問題。

在此，香港城市大學支春義團隊利用硒基有機分子二苯基二硒化物(di-Ph-Se)作為Cl錨定劑，通過硫族-鹵素配位化學實現原子級的Cl固定，實現了具有超低Cl的高度可逆的ClRR和顯著的放電電壓(1.87 V vs Zn²⁺/Zn)。兩個氧化的Cl⁰錨定在單個Ph-Se上，以及Se的多價轉化有助于六電子轉化過程，實現高達507 mAh g^-1的高放電容量、平均電壓為1.51 V，庫侖效率高達99.3%，能量密度高達665 Wh Kg^-1。

基于所開發的具有ClRR的di-Ph-Se電極的優異可逆性，其表現出卓越的倍率性能(5 A g^-1下為205 mAh g^-1)和循環性能(500次循環后容量保持率為77.3%)。值得注意的是，該軟包電池具有高達6.87 mAh cm^-2的創紀錄面積容量和自放電性能，展示了實際應用的巨大潛力。

圖1. 含ClRR的Zn-di-Ph-Se電池的電化學性能

總之，該工作利用雙Ph-Se作為Cl錨定劑，實現了兩個Cl⁰原子錨定在一個Ph-Se上的高效Cl原子固定。所得到的Zn||di-Ph-Se電池具有理想的六電子轉換過程，提供令人印象深刻的放電電壓(高達1.51V)和放電容量(507 mAh g^-1)。

此外，由于穩定的分子結構和電解質，實現了非凡的循環性能，循環500次后容量保持率高達77.3%。Zn||di-Ph-Se電池具有顯著的倍率性能和高面積容量，自放電率低，靜置5天后容量保持率約為72.5%。因此，使用基于硫的錨定劑的設計策略為實現電池中可逆鹵素氧化還原化學開辟了新的途徑。

圖2. 評價Zn-di-Ph-Se電池的穩定性和實用性

Selenium-Anchored Chlorine Redox Chemistry in Aqueous Zinc Dual-ion Batteries，?Advanced Materials 2023 DOI: 10.1002/adma.202309330

4. Advanced Functional Materials：La₂O₃ 調整鐵d帶中心的化學吸附方式增強陰離子交換膜燃料電池中的氧還原作用

開發陰離子交換膜燃料電池（AEMFC）必須對高性能非貴金屬基催化劑的電子構型和中間產物吸附行為進行研究，以解決正極氧還原反應（ORR）動力學緩慢的問題，但這仍然是一項巨大的挑戰。

在此，蘇州大學晏成林，南通大學錢濤等人報告了一種稀土金屬氧化物工程策略，即通過在摻雜 N,O 的碳納米球（Fe₃O₄/La₂O₃@N,O-CNSs）中形成 Fe₃O4/La₂O₃ 異質結構來實現高效的氧還原電催化。計算表明，La─O─Fe 異質界面形成的界面鍵有效地優化了 Fe d 帶中心相對于費米級的電子結構，從而顯著降低了 ORR 過程中限速步驟的反應壁壘。

對中間產物化學吸附的調節使 Fe₃O₄/La₂O₃@N,O-CNSs 具有出色的 ORR 性能和更高的穩定性，半波電位值（0.88 V）顯著提高。在實際的 AEMFC 工作條件下，該催化劑的功率密度高達 148.7 mW cm^-2，高于商用 Pt/C 耦合電極。

圖1. DFT計算

總之，該工作開發出了摻雜 N、O 碳納米球中的 Fe₃O₄/La₂O₃ 納米粒子，并將其設計為一種高效 ORR 電催化劑。實驗表明，La₂O₃ 的引入引起了鐵活性位點的顯著電子調制，使鐵的 d 帶中心下移到費米級，對氧相關中間產物具有適度的吸附行為，從而降低了反應能壘，提高了整個 ORR 過程的內在活性。同時，多孔 N,O-CNS 的 0D 多孔納米球結構和高比表面積有利于在碳基體充分暴露更多的活性位點，有利于縮短電子和質量傳輸路徑。

因此，Fe₃O₄/La₂O₃@N,O-CNS 具有出色的 ORR 性能（半波電位為 0.88 V）和耐久性。相應地，Fe₃O₄/La₂O₃@N,O-CNS 電極使 AEMFCs 達到了 148.7 mW cm^-2 的峰值功率密度和長達 100 h 的出色循環穩定性。因此，該工作可以促進高催化性和高穩定性的稀土金屬氧化物改性 Fe-N-C 催化劑的開發，使其在 AEMFCs 中得到實際應用。

圖2. 電化學性能

Tailoring the Chemisorption Manner of Fe d-Band Center with La2O3 for Enhanced Oxygen Reduction in Anion Exchange Membrane Fuel Cells, Advanced Functional Materials 2023 DOI: 10.1002/adfm.202309886

5. Advanced Energy Materials：無負極金屬鋰電池中外部壓力、SEI 結構和電沉積形態之間的相互關系

鋰金屬因其高容量（3860 mAhg^-1）和相關的低充電電壓而被認為是鋰二次電池下一代負極的最終選擇。然而，鋰的電沉積/溶劑化往往是非平面的，存在金屬枝晶、金屬空隙和不穩定的固態電解質相（SEI）。

在此，美國德克薩斯大學David Mitin、四川大學劉慰等人探討了外部壓力（0.1、1 和 10 MPa）、固體電解質界面（SEI）結構/形態與鋰金屬沉積/剝離行為之間的相互關系。為了模擬無負極鋰金屬電池（AF-LMB），對商用碳酸酯電解液中的 “空 “銅集流體進行了分析。較低的壓力會促進富含有機物的 SEI 和宏觀上異質的、絲狀的鋰沉積物，其中夾雜著孔隙。較高的壓力可促進富含 F 的無機 SEI，形成更均勻、更致密的鋰膜。

在 1MPa 壓力下可實現優異電化學性能：其半電池在 1 mA cm^-2 -3 mAh cm^-2 容量（17.5 μm 沉積/剝離）條件下經過 300 小時（50 個循環）后保持穩定，循環庫侖效率 (CE) 為 99.8%。采用高負載 NMC622 正極（21 mg cm^-2）的 AF-LMB 電池在 C/5 充電和 C/2 放電（1C = 178 mA g^-1）條件下循環 200 次，CE 為 99.4%。

圖1. DFT計算

總之，該工作采用了一層直接涂覆在集流體上的原始石墨烯（pG@Cu），證明增強金屬潤濕性能直接替代較高的壓力來穩定鋰的電沉積/剝離化行為。研究表明，石墨烯層可使無負極鋰金屬電池（AF-LMB）在1 MPa中實現穩定的電沉積/剝離。pG層與 1 MPa 低壓之間的協同作用實現了鋰在整個長循環過程中的平面沉積，使半電池的庫侖效率 (CE) 達到 99.8%，并實現了高容量負載全電池的穩定循環。

此外，密度泛函理論 (DFT) 表明溶劑化的 Li⁺ 在 Cu (100)、(110) 和 (111) 不同晶面上的吸附能與石墨烯鋰化/去鋰化的吸附能之間的差異，從而揭示了支撐表面能量在促進 SEI 異質性方面的作用。

圖2. 電池性能

Interrelation Between External Pressure, SEI Structure, and Electrodeposit Morphology in an Anode-Free Lithium Metal Battery, Advanced Energy Materials 2023 DOI: 10.1002/aenm.202302261

6. Advanced Energy Materials：雙梯度框架實現無枝晶鋰金屬負極

由于惰性的鋰親和力和較差的Li ⁺調節能力，金屬鋰容易沉積在基底材料的頂部，進一步增加了短路的風險。因此，引導鋰沉積并調整基材底部的Li ⁺通量是非常必要的。

在此，廣州工業大學劉全兵，懷柔實驗室Zhang Rui等人制備了雙梯度框架以誘導Li⁺遷移和沉積。雙梯度框架結合具有較低Li⁺遷移勢壘的上部Ni₃S₂納米線和具有較強Li親和力的底部Ni₂P納米線，這種合理的組分分布克服了離子濃度梯度，獲得了“階梯堆積”的鋰沉積模式。

此外，原位形成富含Li₂S/Li₃P的SEI進一步促進Li⁺向內部骨架的傳輸。因此，在230個循環中實現了98%的高平均庫侖效率和180小時的循環壽命（10 mA cm ^-2、5 mAh cm ^-2 ）。LiFePO₄全電池還表現出相當大的容量保持率。

圖2. 鋰沉積示意圖

總之，該工作精心構建了一種雙梯度框架（Ni₂P/Ni₃S₂ NWs-NF），通過調節定向鋰成核和鋰擴散實現無枝晶鋰沉積。納米線結構不僅加強了導電網絡的連接，還為鋰沉積提供了空間，緩解了反復充放電過程中的體積變化。同時，富含Li₂S和Li₃P的SEI層進一步推動了鋰在骨架中的快速傳輸滲透。在實際條件下（10 mA cm^-2、5 mAh cm^-2），該電池在 230 次循環中實現了 98% 的超高平均庫侖效率和 180 h 的穩定壽命。

此外，鋰-Ni₂P/Ni₃S₂ NWs-NF||LFP (10 mg cm^-2)也表現出優異性能和容量保持率。總之，該項工作為實現均勻鋰沉積效應提供了一種出色的策略，并展示了梯度框架在實際 LMA 中應用的無限潛力。

圖2. 電池性能

Lithium Dredging and Capturing Dual-Gradient Framework Enabling Step-Packed Deposition for Dendrite-Free Lithium Metal Anodes, Advanced Energy Materials 2023 DOI: 10.1002/aenm.202302862

7. Energy Storage Materials：LLZTO/PEO 復合電解質多功能 Janus 層增強固態鋰金屬電池界面穩定性

柔性復合固體電解質（CSE）由于其易于制造、良好的電化學性能和高安全性，在高能全固態鋰金屬電池中顯示出巨大的潛力。然而，在無機填料和聚合物之間實現良好的界面相容性仍然具有挑戰性，這會影響CSE的鋰離子傳輸和電化學性能。

在此，上海大學程紅偉，魯雄剛，華盛頓州立大學Dong Panpan等人設計了一種Li_6.4La₃Zr_1.4Ta_0.6O₁₂（LLZTO）填料，其涂有3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（MEMO）Janus層，用于聚環氧乙烷（PEO）電解質（表示為MEMO@LLZTO-PEO）。研究表明，MEMO Janus層有利于填料在聚合物中的均勻分散，并促進鋰鹽的解離，從而大大提高了MEMO@LLZTO-PEO的離子電導率（30℃時為2.16 × 10^?4 S cm^?1）。

此外，MEMO@LLZTO可以通過氫鍵相互作用和F-O化學鍵固定鋰鹽陰離子，從而使MEMO@LLZTO-PEO具有良好的鋰離子遷移數（0.53）。MEMO@LLZTO-PEO-NF在鋰對稱電池中在電流密度為0.1 mA cm^?2（面積容量：0.1 mAh cm^?2，60℃）下表現出超過4000小時的良好循環性能。當用于具有高活性質量負載（>4 mg cm^?2）的全固態Li/LiFePO₄電池時，MEMO@LLZTO-PEO-NF電池在60℃下表現出顯著增強的循環性能和倍率性能。

圖1. 電池性能

總之，該工作展示了一種功能性MEMO@LLZTO填料，并系統研究了MEMO涂層對PEO基復合電解質離子傳輸的影響。MEMO Janus涂層顯示出MEMO@LLZTO與PEO的界面相容性大大改善，這有利于MEMO@LLZTO填料在聚合物基體中的均勻分布。由于 MEMO Janus 層存在連續的鋰離子傳導路徑，所獲得的電解質膜表現出良好的離子電導率（2.16 × 10^?4 S cm^?1，30 °C）。

此外，MEMO涂層通過F-O鍵和氫鍵與TFSI^?陰離子表現出強烈的相互作用，從而解離更多的鋰鹽，導致快速的鋰離子傳輸，從而提高MEMO@LLZTO-PEO的鋰離子遷移數。此外，與MEMO@LLZTO-PEO相比，MEMO@LLZTO-PEO-NF電解質表現出更高的機械強度和熱穩定性。因此，采用MEMO@LLZTO-PEO-NF的鋰對稱電池在電流密度為0.1 mA cm^?2（面積容量：0.1 mAh cm^?2，60℃）下可以循環長達4000小時。

與LLZTO-PEO-NF電池相比，采用MEMO@LLZTO-PEO-NF電解質的全固態Li/LiFePO₄電池在60℃下具有顯著增強的循環性能和倍率性能。因此，該工作為優化聚合物-填料界面提供了合理的設計策略，以實現安全性更好的全固態鋰電池的高性能CSE，在各種系統中具有一定的普適性。

圖2. DET計算

A Multifunctional Janus Layer for LLZTO/PEO Composite Electrolyte with Enhanced Interfacial Stability in Solid-State Lithium Metal Batteries, Energy Storage Materials 2023 DOI: 10.1016/j.ensm.2023.103091

8. Angewandte Chemie International Edition：有機超結構中非金屬NH₄⁺/H⁺電荷載體共儲能機制構建高性能水系鋅-有機電池

有機小分子作為鋅有機電池的高容量正極引起了人們的廣泛興趣，但因其容易溶解在電解質中而受到限制。

在此，同濟大學劉明賢團隊通過2,7-二硝基芘-4,5,9,10-四酮(DNPT)和NH₄⁺電荷載體之間形成超穩定的氫鍵網絡。具有八個活性羰基/硝基中心(氫鍵受體)的DNPT只適用于柔性四面體NH₄⁺離子(氫鍵供體)的氧化還原，但由于較低的活化能(0.14與0.31 eV)而排除較大且剛性的Zn²⁺。NH₄⁺配位的氫鍵化學克服了DNPT在電解質中的穩定性障礙，并提供了非金屬載流子的快速擴散動力學。

因此，穩定的NH₄⁺與DNPT正極配位可獲得高容量(320 mAh g^-1)，高倍率能力(50 A g^-1)和超長壽命(60000 次循環)。

圖1. 結構表征

總之，DNPT和NH₄⁺電荷載體之間的超穩定氫鍵網絡被證明可以解決有機小分子在水溶液電解質中的溶解和循環問題。由于NH₄⁺活化能較低(0.14 eV vs. Zn²⁺的0.31 eV)。具有八元活性羰基/硝基(氫鍵受體)的DNPT對四面體NH₄⁺ (氫鍵供體)具有氧化還原可達性，但不含較大的Zn²⁺，具有快速和超穩定的NH₄⁺儲存能力。

NH₄⁺配位氫鍵化學在DNPT正極上的優點通過ZOBs的全面改進得到突出，包括高容量(320 mAh g^-1)，大電流容限(50 A g^-1)和超穩定壽命(60000次循環)。因此，該工作為抑制小分子有機正極的溶解度提供了一種新的設計理念，拓展了先進ZOBs中NH₄⁺配位氫鍵有機材料的化學空間。

圖2. DFT計算

Non-Metallic NH4+/H+ Co-Storage in Organic Superstructures for Ultra-Fast and Long-Life Zinc?Organic Batteries, Angewandte Chemie International Edition 2023 DOI: 10.1002/anie.202316835