1. Angewandte Chemie International Edition：二元原子位點實現低溫全固態Na-S電池雙向串聯電催化硫轉化

當前全固態Na-S電池實際應用受到高操作溫度和低硫利用的限制。不可控的硫形態形成途徑以及緩慢的多硫化物氧化還原動力學進一步影響了Na-S化學的理論潛力。

在此，安徽大學鹿可團隊制備了一種硫基質-空心納米管，其碳骨架中嵌入了二元原子分散的MnN₄和CoN₄催化位點。基于此，作者開發了一種先進的低溫(80℃)Na₃Zr₂Si₂PO₁₂陶瓷膜結構全固態Na-S電池，其能夠通過限制雙向串聯電催化效應來調節多硫化物電化學。

在該電池系統中，催化基質促進了限制串聯電催化效應，使厚硫正極(1.5 g cm^-3)具有高可逆放電容量和長期循環穩定性。二元原子分散位點的引入不僅同時促進了長鏈和短鏈NaPSs的化學吸附，還對多硫化物轉化表現出優異的電催化活性。放電時，CoN₄位點激活硫，提供了真正的催化作用，催化長鏈多硫化物還原為短鏈多硫化物，而MnN₄中心有利于Na₂S₄直接轉化為Na₂S，這使得電池放電過程中電活性Na₂S均勻沉積，避免了不可逆產物(如Na₂S₂)的形成。

兩個催化中心的內在協同作用有利于Na₂S的分解，實現了可調節的硫形態形成途徑，并在電池充電過程中使其激活勢壘最小化，從而有效地減輕正極鈍化。

圖1. 制備流程及結構表征

總之，該工作提出了一種硫基質-空心納米管，其碳骨架中嵌入了二元原子分散的MnN₄和CoN₄催化位點，可以實現先進的全固態Na-S電池。具體而言，兩個原子催化位點的協同作用使電池充電時Na₂S易于活化，實現雙向串聯電催化硫轉化。此外，NZSP活性填料和PEO-NaFSI的引入提供了內在相互連接的離子傳導通道。

因此，穩定的S/MnCo-NC正極具有高可逆容量，并表現出優異的能量效率，其中包括高能量密度(1008 Wh kg^-1)，在80℃下進行100次循環測試后，平均CE高達98.5%。因此。串聯電催化促進了可調硫轉化途徑，不僅促進了電活性放電產物的沉積，而且最大限度地減少了Na₂S分解，為低溫全固態金屬硫電池開辟了新的方向。

圖2. 電池性能

Binary Atomic Sites Enable a Confined Bidirectional Tandem Electrocatalytic Sulfur Conversion for Low-Temperature All-Solid-State Na-S Batteries,?Angewandte Chemie International Edition 2023 DOI:?10.1002/anie.2023177

2. Advanced Materials：氟化界面實現超穩定的固態鋰電池

鋰金屬表面的雜質（通常是Li₂CO₃）會給電池帶來嚴重的動力學障礙和電化學性能衰減。對于能量密集型固態鋰電池（SSLBs），需要減輕正極和電解質材料中有害的Li₂CO₃，而直接去除方法很難避免Li₂CO₃再生。

在此，天津大學楊全紅、吳士超等人提出了一種脫碳-氟化策略，通過在 60℃ 下使Li₂CO₃與LiPF₆發生原位反應，在SSLB中構建了一種超穩定的富含LiF 的界面層。在Li/LLZTO界面，這種富含 LiF 的固體電解質相（SEI）可改善鋰剝離/沉積行為，將臨界電流密度（CCD）從2.5 mA cm^-2 提高到4.5 mA cm^-2，鋰對稱電池的穩定性可高達7000小時。

在 NCM811/LLZTO 界面，這種富含 LiF 的正極電解質相（CEI）可形成完整的晶體結構，并在高截止電壓（4.5 V）下提供高的循環穩定性。所有界面的電阻都明顯降低，因此具有優異的倍率性能。

圖1. 正極LLZTO所有表面的Li₂CO₃原位轉化為富鋰離子界面（LiFRI）的示意圖

總之，該工作提出了一種實用的脫碳-氟化策略，可將界面Li₂CO₃轉化為超穩定富含LiF界面。有害的表面Li₂CO₃可作為鋰載體，并通過可擴展的電池形成程序化學演化成富含LiF層。富鎳正極（NCM811）、LLZTO、電解液和金屬鋰負極之間的氟化界面可提高高壓正極的結構穩定性，抑制界面副反應，減少阻抗增長和（電）化學降解。

因此，無枝晶、穩定的鋰負極可實現長達 7000 小時的長期剝離/沉積。穩定的固態電池具有卓越的電化學性能，尤其是在4.5 V高電壓下的長期循環穩定性和高倍率能力。因此，該工作提出的一體化戰略為處理表面雜質和克服界面挑戰開發商業固態電池提供了新的見解。

圖2. 基于LLZTO@Li₂CO₃和LLZTO@LiFRI的電池的電化學性能

Fluorinating All Interfaces Enables Super-Stable Solid-State Lithium Batteries by in-situ Conversion of Detrimental Surface Li₂CO₃, Advanced Materials 2023 DOI: 10.1002/adma.202308493

3. Advanced Functional Materials：分子設計競爭性溶劑化電解液用于鋰金屬電池

對于高能量和長循環鋰金屬電池（LMB）而言，對鋰負極和高壓正極都具有高穩定性的電解液至關重要。然而，普通電解質中的游離活性溶劑在鋰負極和高壓正極都很容易分解。其中，局部高濃度電解質（LHCEs）通過Li⁺配位在很大程度上限制了活性溶劑，但游離分子仍會在電極表面的Li⁺去溶劑化時釋放出來，從而在長循環過程中造成持續分解。

在此，浙江大學陸俊，南方科技大學鄧永紅，大灣區大學常建等人通過引入精心設計和新合成的雙極性溶劑分子（一個是離子解離極性頭，另一個是高度氟化的非極性尾），一種分子競爭性溶解電解質（MCE）被證明可以穩定高壓 LMB。雙極分子通過微弱的配位相互作用競爭性地解離Li⁺，大大降低了電解液中活性溶劑的比例，并減少了去溶劑化過程中電極上的有害分解。

因此，MCE使1.4 Ah金屬鋰軟包電池的堆疊能量密度達到450 Wh kg^-1，并且在400個循環周期內具有良好的穩定性（保持率：81%）。此外，在實際條件下，MCE 還能使能量密度高達417 Wh kg^-1的2.5 Ah Li-S 軟包電池在70個周期內保持穩定運行。

圖1. 電池性能

總之，該工作通過使用雙極OFE溶劑來穩定傳統的醚、碳酸酯和腈，開發出了一種競爭性溶劑化電解質。得益于OFE與Li⁺的競爭性配位，主溶劑化鞘中的活性溶劑以及高活性電極上的相關副反應都大大減少。分子競爭電解質（MCE）的獨特溶劑化結構可顯著減少電極與溶劑之間的副反應，從而促進形成穩定而薄的鋰金屬負極 SEI 和高壓正極 CEI。

與高壓商用正極（NCM811）配對，1.4Ah 的軟包電池具有 450 Wh kg^-1 的高能量密度，可在苛刻的條件下（正極負載：4 mAh cm^-2，截止電流：1 mAh cm^-2）穩定工作超過 400 個循環（保持率：81%）。使用各種插入式氧化物正極（包括 LFP、LCO 和 NCM622）的其他 LMB 也表現出出色的穩定性。此外，使 2.5 Ah Li-S 軟包電池在 70 個循環周期內穩定運行。因此，這種具有競爭性配位結構的高穩定性電解質的設計理念，為在實際條件下開發高能量、長循環的LMB提供了一條前景廣闊的道路。

圖2. MD模擬

Molecular Design of Competitive Solvation Electrolytes for Practical High-Energy and Long-Cycling Lithium-Metal Batteries , Advanced Functional Materials 2023 DOI: 10.1002/adfm.202312413

4. Energy Storage Materials：硼基電解質賦予鎂電池優越的界面化學

通過簡單的合成途徑和廉價的原材料獲得具有優異的沉積/剝離鎂離子性能和正極兼容性的電解質已成為可充電鎂電池（RMB）的長期追求。

在此，上海交通大學努麗燕娜團隊提出了一種高效的酰胺鎂堿調制硼基電解質TMPLB，該電解質通過簡便的原位一鍋法獲得的，即在四氫呋喃（THF）中混合含氯化鋰的酰胺鎂堿 TMPL（2,2,6,6-四甲基哌啶基氯化鎂氯化鋰絡合物）和路易斯酸 B(OTFE)₃（三(2,2,2-三氟乙基)硼酸酯）。

核磁共振（NMR）結果顯示，TMPLB 電解質主要由活性陽離子 [Mg₂(μ-Cl)₃-6THF]⁺ 和陰離子 [(TMP)B(OTFE)₃]^–組成。除鎂電極形成有利的固體電解質相（SEI）外，在循環的 Mo₆S₈ 上原位生成的穩健正極電解質相（CEI）共同賦予了卓越的 Mg²⁺ 轉移動力學和循環穩定性。結果顯示，Mo₆S₈||Mg 全電池可循環使用超過 3000 次，在 5 C 條件下的容量保持率高達 88.2 mAh g^-1。

圖1. TMPLB電解質與不同正極的電化學相容性

總之，該工作報道了一種酰胺鎂堿調制的硼基TMPLB電解質，該電解質結合了THF中含LiCl的TMPL和B(OTFE)₃。TMPLB電解質不僅與Mg負極表現出良好的相容性，形成了有效的SEI，而且還能在Mo₆S₈表面原位生成持久穩定的CEI。由無機和有機組分組成的CEI大大提高了Mo₆S₈的循環穩定性，并賦予了良好的Mg²⁺轉移動力學。

得益于高效CEI和SEI的優勢，基于TMPLB電解質的Mo₆S₈||Mg電池在5C下循環3000次后表現出88.2 mAh g^-1的長期穩定性，容量保持率為94.3%。因此，本工作為構建有效的CEI和SEI層以提高RMBs的界面穩定性和Mg²⁺輸運動力學提供了新的方向。

圖2. 界面穩定性

A Hauser-base modulated boron-based electrolyte empowering superior interfacial chemistry in rechargeable magnesium batteries, Energy Storage Materials 2023 DOI: 10.1016/j.ensm.2023.103152

5. ACS Nano：介孔聚酰亞胺隔膜抑制鋰枝晶生長

鋰金屬電池需要有效抑制鋰枝晶，以確保高性能和安全性。然而，目前的隔膜具有大孔，其允許鋰枝晶穿過，從而會導致內部短路和其他災難性后果。

在此，美國弗吉尼亞理工大學劉國良團隊報告了一種用于抑制鋰枝晶的介孔聚酰亞胺隔膜。具體而言，該工作通過對聚乳酸-聚酰亞胺-聚乳酸三嵌段共聚物進行緩慢熱解，制備了介孔聚酰亞胺薄膜。280℃的緩慢熱解可逐漸去除聚乳酸，從而產生21 nm的介孔，而不會破壞聚酰亞胺基體。生成的介孔聚酰亞胺薄膜顯示出1.80 GPa的儲存模量。

介孔結構和高模量共同造就了卓越的枝晶突起抑制能力，將介孔聚酰亞胺薄膜作為鋰金屬電池的隔膜，不僅顯示出與PP/PE/PP三層隔膜相當的良好倍率能力，而且有助于平坦鋰沉積，從而實現超過500小時的長期循環。

圖1. 隔膜孔徑和模量對鋰枝晶抑制的影響

總之，該工作制備了一種用于抑制枝晶的介孔聚酰亞胺隔膜。研究發現，這種聚酰亞胺隔膜具有21 nm寬的介孔和1.80 GPa的高儲存模量。這種介孔聚酰亞胺隔膜能協助電沉積形成平頂突起，而不是尖銳的枝晶，因此可以實現鋰金屬電池的安全循環。因此，該項研究有望推動枝晶抑制策略的發展，并為鋰金屬電池的復興做出貢獻。

圖2. 鋰/鋰對稱電池測試

Mesoporous Polyimide Thin Films as Dendrite-Suppressing Separators for Lithium–Metal Batteries, ACS Nano 2023 DOI: 10.1021/acsnano.3c04159

6. Advanced Functional Materials：三苯胺-腙COF雙極型正極實現高電壓、大容量、穩定性的鋰有機電池

共價有機框架（COF）是一類很有前途的鋰離子電池電極材料。然而，所報道的COF正極通常表現出低電位和電壓平臺，這限制了它們的進一步應用。

在此，浙江工業大學張誠，董玉杰，黃啟迪，李維軍等人通過單體PTB與DHZ的席夫堿縮合構建了一種具有雙極特性的新型三維（3D）COF材料PTB-DHZ-COF。以PTB-DHZ-COF為正極的電池表現出1.2-4.2 V的寬電位范圍和超過3.6 V的放電電壓平臺。

通過將PTB-DHZ-COF與碳納米管復合，成功制備了PTB-DHZ-COFX復合材料。PTB-DHZ-COF40電池表現出高比容量（1000 mA·g^?1時為114.24 mAh·g^?1）、優異的循環性能（5000次循環后容量保持率為86.3%）和超高能量密度（489 Wh·kg^-1）。

圖1. 電池性能

總之，該工作設計并合成了一種用于鋰離子電池正極的新型3D COFs材料，具有p/n雙極性。由于其獨特的結構單元，PTB-DHZ-COF電池在大多數 COF 正極電池中表現出最高的電位范圍（1.2-4.2 V）和電壓平臺（>3.6 V）。將PTB-DHZ-COF與高導電碳納米管復合后，制備的PTB-DHZ-COF40作為正極材料在1000 mA·g^?1下達到了114.24 mAh·g^?1的高容量。5000次循環后，容量保持率仍保持在86.3%，表現出優異的循環穩定性。

此外，該電池的最大能量密度為486 Wh·kg^?1，功率密度為3.185 kW·kg^?1，超過了目前的商業電池系統。因此，該工作為未來高性能儲能器件中電極活性材料結構設計提供了新的見解。

圖2. PTB-DHZ-COF可逆電化學過程中的氧化還原機制

Integrated High Voltage, Large Capacity, and Long-Time Cyclic Stability of Lithium Organic Battery Based on a Bipolar-Type Cathode of Triphenylamine-Hydrazone COF Material , Advanced Functional Materials 2023 DOI: 10.1002/adfm.202310668

7. ACS Nano：正極負極界面設計實現高穩定水系/有機系混合電池

Zn離子電池（ZIBs）由于其安全性、適度能量密度和豐富的鋅金屬儲備而迅速發展。然而，在基于鋅的負極上不可避免的枝晶生長和副反應，以及過渡金屬基正極上金屬元素的溶解，會破壞電極/電解質界面，最終降低ZIBs的電化學性能。

在此，北京理工大學陳人杰團隊提出了一種賦予協同正極/負極界面層的水/有機混合電解質。在負極上，ZnF₂/Zn₃(PO₄)₂誘導Zn成核，實現無枝晶和無腐蝕的電極形態。在正極上，與未改性電解質中的異常Zn沉積相比，利用混合電解質獲得的界面膜抑制了金屬元素的溶解，并避免了Zn在過渡金屬基正極上的沉積。

因此，基于改性電解質的金屬Zn負極和LiMn₂O₄正極的軟包電池（放電深度：40%）在235次循環后仍保持92mAh/g的容量，并具有穩定清潔的正極/負極界面。

圖1. Zn沉積示意圖

總之，該工作報告了一種有機/水混合電解質，它可以實現正極/負極界面層的協同作用。一方面，在負極上收獲了富含 ZnF₂/Zn₃(PO₄)₂的穩定SEI，抑制了HER的副反應和循環過程中的鈍化生成。因此，在混合電解質的基礎上，鋅對稱電池在 5 mA cm^-2的高電流密度下進行了1325次無枝晶循環，過電位僅為62 mV，在約600次穩定循環中實現了99.3%的平均效率。另一方面，獲得的正極CEI可調節錳基過渡金屬材料中錳的溶解。

因此，基于鋅負極和 LMO 正極、使用混合電解質的全電池具有 82 mAh g^-1的優異倍率性能。此外，具有40%DOD的LMO//Zn軟包電池在235次循環后可保持 92 mAh g^-1的容量。相反，基于10:0電解質的類似電池只能維持約50次循環。因此，該工作所提出的簡單方法為構建長循環 ZIB 提供了一個方向。

圖2. 全電池性能

Highly Stable Aqueous/Organic Hybrid Zinc-Ion Batteries Based on a Synergistic Cathode/Anode Interface Engineering, ACS Nano 2023 DOI: 10.1021/acsnano.3c09419

8. PNAS：高電子態活性位點的工程接觸曲面界面實現高性能鉀離子電池

鉀離子電池（PIB）由于鉀資源豐富且成本低廉而受到廣泛關注，被認為是一種可持續的儲能技術。然而，PIB中使用的石墨負極由于鉀離子半徑大而導致容量低和反應動力學緩慢。

在此，福建師范大學陳育明團隊報道了氮摻雜、豐富缺陷的空心碳納米球在碳納米管(CNTs)上具有接觸彎曲界面(CCIs)，即CCI-CNS/CNT，以促進電子轉移和鉀離子吸附。密度泛函理論計算證實，工程CCIs顯著增強了費米能級附近的電子態，從而促進了電子轉移。

此外，CCIs對鉀離子表現出明顯的親和力，促進了鉀離子的吸附，從而有利于鉀離子的儲存。結果表明，合理設計的CCI-CNS/CNT負極具有良好的循環穩定性和倍率性能。

圖1. 電池性能

總之，該工作報道了工程CCIs使得碳質材料在費米能級附近的電子DOS得到了增強，并促進了其對堿金屬離子的親和力。基于此，該工作設計了具有碳納米管上CCIs的NHG-CNSs。這些獨特的特性使CCI-CNS/CNT負極具有優異的倍率性能、更高的可逆容量和更長的循環壽命(4 A g^-1下循環5000次)。因此，該項工作通過CCI工程提高碳質材料的儲鉀性能提供了一種方法，有望在其他電池系統中得到更廣泛的應用。

圖2. DFT計算

Engineering contact curved interface with high-electronic-state active sites for high-performance potassium-ion batteries , Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 2023 DOI: 10.1073/pnas.2307477120