1. Nature Communications：水性凝膠電解質生產釋氣電解質補充Ah規模的鋅金屬軟包電池

水系鋅電池因其高安全性和低成本而成為電網規模儲能的理想選擇。然而，大規格水系鋅電池的生產受到電解液消耗、析氫以及鋅枝晶生長的阻礙。

在此，天津大學楊全紅&楊春鵬教授團隊設計了一種 “開放式 “軟包電池用于大規格水系鋅電池的生產，它可以釋放氫氣并允許在電池循環過程中重新填充消耗的電解液成分。具體而言，該電池使用含有交聯卡拉膠和殼聚糖的凝膠電解質，它能粘合水分子并阻止其與鋅發生副反應，從而防止電解質泄漏和快速蒸發。

圖1. CarraChi凝膠的制造和物理性質

總之，該工作報道了一種面向實用化大容量水系鋅金屬電池的開放式可再充電池構型。該電池構型采用卡拉膠和殼聚糖組成的水鍵合凝膠電解質，可防止電解質消耗和電池膨脹，實現Ah級容量的鋅電池大規模儲能。交聯的CarraChi凝膠含有豐富的極性官能團（-OH、-NH₂、-SO₄^2-），可鍵合H₂O分子，從而抑制水的快速蒸發和HER。因此，開放式可再充填鋅對稱電池具有更高的沉積/剝離能力、循環穩定性和長壽命。

在電流密度為10 mA cm^-2、面積容量為35 mAh cm^-2、DOD為65%的條件下，開放式可重復填充軟包電池的壽命大于4000 h，累計容量為1286 Ah。采用CarraChi凝膠電解質和可重復填充結構的Zn | |ZVO多層軟包電池具有高容量（0.9 Ah）和良好的循環穩定性，在200次循環后可保持84%的容量。因此，該電池結構為建造實用大尺寸水系電池鋪平了道路，并將激發用于電網規模儲能的水系電池的新設計。

圖2. CarraChi凝膠電解質在Zn||ZVO紐扣電池和軟包電池配置中的應用（25 ℃）

Production of gas-releasing electrolyte-replenishing Ah-scale zinc metal pouch cells with aqueous gel electrolyte, Nature Communications 2023 DOI: 10.1038/s41467-023-39877-5

2. Journal of the American Chemical Society：面工程和孔設計促進析氧催化中的動態鐵交換，打破活性-穩定性權衡

析氧反應(OER)在可再生能源技術中發揮著至關重要的作用，包括燃料電池、金屬-空氣電池和水分離。然而，現有的催化劑由于OER動力學緩慢，性能仍不理想。

在此，北京科技大學秦明禮教授、賈寶瑞教授聯合新加坡國立大學薛軍民教授等人開發了一種新型高效催化劑。該催化劑通過晶面工程和孔結構設計來調控OER中活性Fe的動態交換機制。

以氫氧化鈷為催化劑主體，在納米孔洞中填充Fe物種，形成高密度的納米孔洞。在OER過程中，動態Fe被納米孔壁上的(101?0)位點選擇性地強吸附，而不是基面上的(0001)位點，同時納米孔的空間限制效應減緩了Fe從催化劑向電解質的擴散。

圖1. 鐵同位素標記測量

總之，該工作設計了一種蜂窩狀的氫氧化鈷作為載體材料，選擇性地將Fe離子固定在載體的孔洞中，構建了一種異質結構的OER催化劑。DFT結果表明，Fe對氫氧化鈷納米孔壁上(101?0)的吸附強于對基面(0001)的吸附;MD模擬結果表明，納米孔具有空間限制效應，抑制Fe從催化劑向電解液的擴散。

結果，形成局部高通量動態鐵平衡來提高OER。作為一種優良的OER催化劑，該材料表現出了非常低的過電位(28.0 mV, 10 mA cm^?2)和良好的長期穩定性(130 h)。將該催化劑應用于鋅?空氣電池中，放電/充電電壓差為0.72 V，即使在使用170 h后也能穩定保持。該工作表明，通過精確調整動態Fe活性位點，納米結構在同時提高OER活性和穩定性方面具有巨大的潛力。

圖2. 可充電鋅空氣電池性能

Facet Engineering and Pore Design Boost Dynamic Fe Exchange in Oxygen Evolution Catalysis to Break the Activity–Stability Trade-Off, Journal of the American Chemical Society 2023 DOI: 10.1021/jacs.3c03481

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3. Small：具有優異儲鋅性能的ZnTe@C納米線用于水系鋅電池

具有優異導電性和超高體積比容量的Te基材料是高性價比的水系鋅電池的研究熱點。然而，構建具有輕度體積膨脹和抑制穿梭效應的功能結構，從而延長壽命，對于轉換型材料來說仍然是一個挑戰。

在此，湖南大學朱智強教授、顏子超等人合理設計了碳包覆碲化鋅納米線(ZnTe@C NWs)作為水鋅電池的高性能正極材料。碳包覆的一維納米結構不僅可以為電子和離子提供優化的傳輸路徑，還可以在體積變化時保持結構的完整性，抑制中間體的溶解，從而提高ZnTe@C NWs的循環穩定性和反應動力學。

圖1. ZnTe@C NWs的結構表征

總之，該工作提出了碳包覆的一維納米結構，可以延長水鋅電池的壽命并優化轉化型ZnTe電極材料的反應動力學。研究表明，一維ZnTe@C NWs的設計縮短了電子和離子的傳遞路徑，可以有效地提高反應活性，加快反應動力學。其次，薄碳層既能提高ZnTe的電子導電性，又能很好地適應體積變化，抑制活性物質的溶解。

最后該材料實現了ZnTe的可逆六電子轉換機制(從ZnTe到Te和Te到TeO₂)，具有超高的理論容量(高達829mAh g^-1)。具體而言，本文設計的碳包覆一維納米結構保證了結構的完整性，抑制了循環過程中粒子粉碎和穿梭效應導致的活性物質損失，為設計先進的水系電池轉化型材料提供了新的思路。

圖2. 電池性能

Rationally Designed ZnTe@C Nanowires with Superior Zinc Storage Performance for Aqueous Zn Batteries, Small 2023 DOI: 10.1002/smll.202304916

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4. Advanced Materials：固態鋰金屬電池中的電極間討論

固態鋰金屬電池因其具有高能量密度和潛在的特性安全性而被確定為電動汽車行業的戰略研究方向。然而，固體材料固有的機械性能導致電極和電解質在充電和放電過程中不可避免地出現電化學機械故障；這些失效機制包括鋰枝晶滲透以及裂紋和空隙的形成，這對固態鋰金屬電池的長循環壽命構成了嚴峻的挑戰。

在此，中科院青島能源所崔光磊研究員概述了最新進展。首先，電化學機械效應在固態鋰電池（SSLMB）中起著至關重要的作用。固體電解質在兩個電極的應力作用下容易變形和開裂，導致內阻和短路顯著增加。在正極電極中，界面副反應通常會增加界面電阻。脫鋰時活性材料的收縮會導致二次顆粒以及固體電解質和活性材料顆粒之間的接觸損失，進一步增加界面電阻和正極顆粒失活。在鋰金屬負極中，空隙形成、界面演化和鋰枝晶生長之間的相關性是造成容量衰減和短路的原因。其次，電化學機械串擾是大量固態電池中的一個普遍問題。Li⁺通量是通過固態電解質在正負極之間傳遞電化學機械失效效應的介質。

因此，在整個電池中，特別的在由含鋰正極材料組成的SSLMB中，由于鋰離子在充電過程中被提取出來，整個電池中不均勻的Li⁺通量會引起正負極之間的電化學機械失效。正極在串擾中占主導地位，因為它首先觸發了不均勻的Li⁺通量。在隨后的循環中，串擾行為不斷累積，加劇了SSLMB的電化學機械失效。

圖1. 非均勻Li⁺通量誘導鋰氧化物正極和鋰負極之間的電化學-機械串擾示意圖

通過以上討論，該工作得出結論：同時協同優化正極、負極和電解質比單獨改進它們更有利于制造出優質的固態電池。必須考慮一種材料的電化學機械行為對其他材料的影響，即使在空間上是孤立的。正極改性（正極晶體學和形態學、填料結構、涂覆層、成分等）是解決鋰枝晶滲透問題的一種新穎而有效的策略，特別的在使用高電容正極和超薄電解質的固態鋰電池中。設計在Li⁺插入/脫出過程中具有內在穩定性的低應變或零應變正極可有效解決固態鋰電池中正極的電化學失效問題。

例如，具有無序巖鹽結構的鋰過釩氧化物Li_8/7Ti_2/7V_4/7O₂已被證明具有近尺寸不變的特性，這對于在固態鋰電池的厚電極中保持正極材料和固體電解質之間的界面連接非常有用。除了改進的機械性能和高離子傳導性，離子傳導的均勻性也是對固體電解質的重要要求。因此，低成本的無鋰電正極材料和無負極全電池是下一代高能量密度鋰電池的發展方向。

Interelectrode Talk in Solid-State Lithium-Metal Batteries, Advanced Materials 2023 DOI: 10.1002/adma.202301892

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5. Advanced Functional Materials：激活Na₂FePOF中的惰性Na1位點以實現高性能鈉存儲

Na₂FePO₄F具有優異的結構穩定性、易于Na⁺實現轉移的二維離子通道和較高的工作電壓，在高性能儲鈉方面表現出巨大的潛力。盡管前景廣闊，但是其低本征電子電導率和有限的活性Na位點導致其倍率性能與可逆容量不甚理想，這將阻礙Na₂FePO₄F的實際應用前景。因此，提高Na₂FePO₄F的本征電子電導并進一步激活非活性Na位點以實現優異電化學性能至關重要。

在此，浙江大學姜銀珠教授和西湖大學盧星宇研究員等人通過Cu摻雜減弱Na1-O/F結合力，降低了Na1周圍欠配位的O₂對其的影響，降低了Na位點的脫插電位，激活了Na₂FePO₄F中部分惰性Na1位點，導致惰性Na1活化到Na3位點。此外，帶隙大大減小，從而提高了本征電子導電性。

圖1. Na₂FePO₄F和FeCu-x的結構表征

具體而言，該工作通過晶格摻雜實現了氟磷酸鹽中Na位點和電子結構的調控。Cu²⁺的取代，誘導了Na1-O/F的鍵長拉長，減弱了Na1周圍欠配位的O₂對其的影響，從而降低了Na位點的脫出電位，使部分惰性Na1位點被激活。此外，帶隙大大減小，從而提高了本征電子電導率。由此得到的FeCu-0.05在0.1C具有119 mAh g^-1，并且具有優異的倍率性能。

特別地，該工作在20 C的超高倍率下達到了74.3 mAh g^?1。該結果為深入了解氟磷酸鹽的儲鈉行為提供了新的見解，并為開發先進的嵌入型鈉離子電池正極材料提供了新的設計策略。

圖2. Na₂FePO₄F和FeCu-0.05的電化學性能

Activating the Inert Na1 Sites in Na2FePO4F Toward High Performance Sodium Storage, Advanced Functional Materials 2023 DOI: 10.1002/adfm.202305109

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6. Advanced Functional Materials：外磁場下的CoFe₂O₄催化添加劑使鈉硫電池具有前所未有的容量、循環穩定性和工作溫度范圍

室溫鈉硫電池（SSB）的電化學性能受限于緩慢的反應動力學和以多硫化鈉（SPS）形式出現的硫損失。

在此，蘭州大學周金元教授&巴塞羅那大學Andreu Cabot教授等人詳細介紹了利用電紡絲和水熱工藝相結合的方法在CNF表面生長CoFe₂O₄、VO₂和Co₃O₄粒子的過程。同時，該工作系統地探討了所制備的正極材料在外加磁場下通過調頻和順磁催化劑催化多硫化鈉（SPSs）的過程。

DFT計算表明，在磁場作用下，SPS 在調頻催化劑上的吸附能增加，SPS轉化的動力學勢壘降低。實驗結果都表明，CoFe₂O₄中的自旋極化Co離子提高了吸附SPS的能力和SPS轉化的電催化活性。這些優勢使得基于CNF/CoFe₂O₄/S的固態電池（SSB）具有前所未有的比容量、倍率能力和穩定性。

圖1. M開或M關時CNF/CoFe₂O₄電極的電化學性能

總之，該工作通過電子自旋極化，在不增加能量成本的情況下，永磁體產生的外磁場（M on）可以顯著提高鐵磁性硫宿主的SPSs吸附能力和反應動力學。更具體地說，在M on時，該工作詳細介紹了在常溫下具有前所未有的性能和穩定性的碳納米纖維/CoFe₂O₄/S（CNF/CoFe₂O₄/S）正極的制備方法。

實驗和理論證明，磁場可極化 Co離子的電子，從而增強對SPSs的吸附及其催化轉化。具有自旋極化功能的 CNF/CoFe₂O₄/S正極在1.0 C下可持續2700個循環，每個循環的衰減率低至 0.0039%。對SSB的性能進行了進一步測試，當M開啟時，在1.0 C下循環100次后，SSB的電量為248 mAh g^-1。此外，研究還證明，即使移除外部磁場，磁極化效應依然存在，因此該項研究不僅展示了一種提高SSB電化學性能的有效策略，還有助于豐富自旋效應在電催化領域的應用。

圖2. 磁場強度和溫度對電池性能的影響

Sodium-Sulfur Batteries with Unprecedented Capacity, Cycling Stability and Operation Temperature Range Enabled by a CoFe₂O₄ Catalytic Additive Under an External Magnetic Field, Advanced Functional Materials 2023 DOI: 10.1002/adfm.202305908

7. Advanced Functional Materials：富氧空位TiO₂銳鈦礦金紅石異相結增強鋰硫電池動力學

基于多相硫轉化反應的鋰硫電池(Li-S)具有優異的理論比容量(1675 mAh g^-1)、比能量密度(2600 Wh kg^-1)、環境友好性和經濟效益，被認為是鋰離子電池的理想候選者。然而，鋰硫電池的大規模應用仍然受到多硫化物(LiPSs、Li₂S_4-8)穿梭效應和氧化還原動力學緩慢的阻礙，硫利用率和循環壽命不理想。

在此，中南大學周亮君教授團隊提出了一種新型高性能TiO₂異相結催化劑的合成方法。以碳化鈦納米片為模板材料，聚多巴胺為包覆材料，經特定溫度燒結成功制備富氧空位TiO₂銳鈦礦/金紅石異相結（A/R-TiO₂）。理論計算表明，費米能級處伴隨著電子態的連續分布表示A/R-TiO₂具有金屬特性。相比于銳鈦礦（A-TiO₂）和金紅石（R-TiO₂），A/R-TiO₂的導電性顯著提高。

此外，A/R-TiO₂異質界面處電荷的快速轉移能夠實現LiPSs的有效錨定和催化轉化，降低Li₂S分解能壘至幾乎為零(0.09 eV )。將A/R-TiO₂催化劑用作鋰硫電池隔膜修飾劑，顯著提高了電池性能。

圖1. 電子結構表征

總之，該工作成功設計了具有豐富氧空位的TiO₂銳鈦礦/金紅石異相結作為鋰硫電池隔膜修飾劑。實驗表征和理論計算表明，富氧空位且近乎完美的晶格匹配不僅有利于提高TiO₂異相結的導電性，而且有利于硫氧化還原動力學的增強。即使在高硫載量3.75 mg cm^-2下，使用A/R-TiO₂改性隔膜鋰硫電池在0.1 C和1 C的比容量分別高達1210 mAh g^-1和689 mAh g^-1。

此外，采用A/R-TiO₂改性隔膜的軟包電池具有穩定的電化學性能，該工作為界面能帶工程在鋰硫電池中的應用提供了新的方向。

圖2. 鋰硫電池的電化學性能

Integrating Energy Band Alignment and Oxygen Vacancies Engineering of TiO2 Anatase/Rutile Homojunction for Kinetics-Enhanced Li–S Batteries, Advanced Functional Materials 2023 DOI: 10.1002/adfm.202305788

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8. Advanced Functional Materials：鈉離子與聚苯胺共嵌入制備擴大層間距的釩酸銨，作為高容量穩定的柔性鋅離子電池正極

釩酸鹽氧化物具有低廉的價格和較高的理論容量，是水系鋅離子電池（AZIB）極具競爭力的正極材料。然而，目前存在的Zn²⁺離子遷移緩慢、電導率弱、柔性電極制備復雜等問題阻礙了其在柔性AZIB (FAZIBs)中的實際應用發展。

在此，中科院蘇州納米所王永疆和張其沖&新疆大學吳冬玲&東南大學李雷等人提出鈉離子與聚苯胺共嵌入策略，通過水熱原位生長制備了Na⁺和聚苯胺共插層釩氧化物(NaNVO-PANI)正極材料，實現了高離子傳導和儲存的柔性鋅離子電池。

其中，Na⁺離子與帶負電的VO_x層板間的靜電作用穩定了層結構；聚苯胺將材料的層間距擴大到了13.8 ?，這為Zn²⁺的嵌入/脫出提供了便利的通道。同時聚苯胺分子增加了活性材料的疏水性，從而抑制了NaNVO-PANI在水系電解液中的溶解。

圖1. DFT計算

總之，該工作采用金屬離子和有機分子共插層策略，設計并合成了Na⁺和苯胺分子共插層釩氧化物。從NaNVO-PANI的形貌結構可見，NaNVO-PANI層間距增加到13.8 ?。電化學測試進一步驗證了大的層間距為Zn²⁺的快速脫嵌提供了通道。一方面，Na⁺與帶負電VO_x層板間的靜電吸引力可以穩固層板；另一方面，有機分子進一步擴大層間距，增加Zn²⁺的儲存位點并加速Zn²⁺擴散。組裝成FAZIBs進行測試，在0.5 A g^?1時，電池提供了約454.6 mAh g^?1的放電容量，在5 A g^?1的大電流密度下也實現了228.27 mAh g^?1的放電比容量，具有保持50.3%的容量保持率。

因此，這項研究提供了一種新型的NaNVO-PANI作為FAZIB獨立正極的層間工程設計，并進一步促進了可穿戴電子產品的快速開發。

圖2. 柔性水系鋅離子電池電化學性能

Sodium-Ion and Polyaniline Co-Intercalation into Ammonium Vanadate Nanoarrays Induced Enlarged Interlayer Spacing as High-Capacity and Stable Cathodes for Flexible Aqueous Zinc-Ion Batteries, Advanced Functional Materials 2023 DOI: 10.1002/adfm.202305700