1. Energy Storage Materials：自修復(fù)液態(tài)金屬負極實現(xiàn)鋁離子電池高容量和長循環(huán)壽命

具有高容量和地球豐富金屬資源的可充電鋁離子電池（AIB）正在引起人們的關(guān)注。然而，AIB的負極側(cè)被忽視，大多數(shù)使用純鋁箔作為負極。

在此，復(fù)旦大學余學斌團隊使用共晶 Ga-In (EGaIn) 液態(tài)金屬 (LM) 的簡單刷涂技術(shù)創(chuàng)建高性能AIB負極。EGaIn@Mo負極在10 mAh cm^?2 下均勻且可逆地電鍍/剝離Al，持續(xù)時間超過10000小時，平均庫侖效率為99.6%。

此外，在50 mAh cm^?2的超高面積容量半電池實現(xiàn)運行超過1200 小時，?具有EGaIn@Mo負極和石墨正極的全電池在2 A g^?2的高倍率下經(jīng)過大約6000次循環(huán)后仍保持82.8 mAh g^?1的可逆容量，表現(xiàn)出每次循環(huán)0.00064 %的超低容量衰減率。最重要的，無負極電池可持續(xù)超過800次循環(huán)，比容量為75.9 mAh g^?1。

圖1. EGaIn@Mo 和 Mo 循環(huán)過程中的宏觀形貌

總之，該工作利用EGaIn LM作為RAIB的新型合金負極，以克服與Al負極材料相關(guān)的問題。電化學測試表明 EGaIn@Mo 促進了Al和EGaIn之間的可逆合金化/脫合金化。在20 mAh cm^?2的超高比面積容量下，自修復(fù)EGaIn@Mo可以持續(xù)超過8750小時。

此外，EGaIn@Mo||石墨全電池表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。無負極電池可持續(xù)超過800次循環(huán)，比容量為75.9 mAh g^?1。因此，該項研究凸顯了EGaIn LM在RAIB應(yīng)用中的潛力，并為開發(fā)用于鋁存儲的高性能負極材料提供了一條有前途的途徑。

圖2. EGaIn@Mo的DFT模擬

Self-healing Liquid metal Layer as High-capacity and Long cycle life Anode for Al-ion Batteries, Energy Storage Materials 2023 DOI: 10.1016/j.ensm.2023.103057

2. Advanced Materials：共插層負極實現(xiàn)鉀基雙離子電池-60°C下運行

電池在零度以下的性能受到緩慢的界面動力學的限制。在此，哈佛大學張興才團隊構(gòu)建了基于具有陰離子存儲化學的聚三苯胺（PTPAn）正極和具有K⁺/溶劑共插層機制的鈦酸氫（HTO）負極的鉀基雙離子電池（K-DIBs）。具體而言，PTPAn正極和HTO負極都不經(jīng)歷去溶劑化過程，這可以有效地加速零度以下的界面動力學。

理論計算和實驗分析表明，稀電解質(zhì)中較強的K⁺/溶劑結(jié)合能、結(jié)晶水的電荷屏蔽效應(yīng)以及高含量柔性有機物的均勻SEI層協(xié)同促進了HTO的K⁺/-溶劑共插層為。特殊的共插層機制和陰離子儲存化學使HTO||PTPAn K-DIBs具有優(yōu)異的倍率性能和循環(huán)耐久性。在-40°C下6000次循環(huán)后保持94.1%的容量保持率，在-60°C下1000次循環(huán)后維持91%的容量保持性。

圖2. 電解質(zhì)溶解化結(jié)構(gòu)模擬

總之，該工作基于PTPAn正極和HTO負極在0.5M KPF₆ DME中構(gòu)建的K-DIBs具有優(yōu)異的低溫性能。通過分子動力學計算MD模擬、密度泛函理論DFT計算和實驗分析發(fā)現(xiàn)，稀電解質(zhì)中較強的K⁺/DME結(jié)合能、層間結(jié)晶水的電荷屏蔽效應(yīng)以及柔性有機物含量較高的均勻SEI層共同作用，使得HTO發(fā)生K⁺/DME共插層行為。

快速離子擴散、較低活化能壘和較低擴散能壘的特殊共插層機制使得HTO負極具有優(yōu)異的低溫性能，與具有正離子存儲化學性質(zhì)的PTPAn正極相結(jié)合，HTO||PTPAn K-DIBs從本質(zhì)上消除了零度以下的限速電荷轉(zhuǎn)移過程，在-20℃至-60℃之間實現(xiàn)了卓越的倍率性能。此外，還實現(xiàn)了超長循環(huán)耐久性，在-40℃條件下循環(huán)6000次后仍能保持94.1%的高容量保持率；在-60℃條件下循環(huán)1000次后仍能保持91%的高容量保持率，這些結(jié)果為在低溫條件下實現(xiàn)高性能儲能設(shè)備提供了新思路。

圖2. HTO||PTPAn K-DIBs的電化學性能

Potassium-based Dual-ion Batteries Operating at -60°C Enabled By Co-Intercalation Anode Chemistry, Advanced Materials 2023 DOI: 10.1002/adma.202307592

3. Advanced Materials：三氟甲磺酸鹽氧化沉淀碘正極助力正極/電解質(zhì)雙相水系鋅離子電池

水系鋅離子電池在高安全性和可持續(xù)儲能方面具有巨大潛力。然而，碘化物穿梭效應(yīng)和水系電解質(zhì)中發(fā)生的析氫反應(yīng)仍然阻礙其進一步發(fā)展。

在此，南京大學金鐘團隊基于三氟甲磺酸水溶液(OTf)^–電解質(zhì)對三碘物種的固有氧化能力，設(shè)計了正極/電解質(zhì)互惠水系（CEMA）Zn?I電池。具體而言，首先引導(dǎo)形成由細碘納米晶體(約10 nm)組裝的碘沉積物顆粒。通過自發(fā)吸收過程實現(xiàn)了具有高表面積碘負載的正極，該過程將水性電解質(zhì)中的氧化還原活性碘和碘化物物質(zhì)富集到納米多孔碳基集流體上。

通過調(diào)節(jié)碘化物氧化還原過程和抑制競爭性析氫反應(yīng)，組裝的CEMA Zn-I電池在0.5 mA cm^-2下經(jīng)過1000次循環(huán)后表現(xiàn)出76.9%的顯著容量保持率。此外，它們表現(xiàn)出優(yōu)異的倍率性能，當電流密度從0.5 mA cm^-2增加到5.0 mA cm^-2時，容量保持率為74.6%。

圖1. CEMA Zn-I電池示意圖及(OTf)-對碘化物的氧化作用表征

總之，該工作證明了(OTf)^–對碘化物和三碘化物的氧化作用，并利用這一效應(yīng)制備了一種用于CEMA Zn-I電池的新型CEM混合物。在電池運行過程中，作者探索了碘化物氧化還原和HER過程在I₂/I^–比和I₃^–濃度方面的競爭效應(yīng)。電解液中劇烈的電離會降低HER的臨界電位，并促進其惡化。

然而，通過優(yōu)化I₂/I_–比和I_3-濃度，電池能夠在良好抑制HER的情況下實現(xiàn)長期循環(huán)能力和高倍率性能。因此，基于(OTf)^–對碘化物的氧化效應(yīng)構(gòu)建的CEMA Zn-I電池代表了一種有前途的便攜式低成本水系Zn-I電池的策略。

圖2. 電池性能

Precipitated Iodine Cathode Enabled by Trifluoromethanesulfonate Oxidation for Cathode/Electrolyte Mutualistic Aqueous Zn?I Batteries, Advanced Materials 2023 DOI: 10.1002/adma.202309838

4. Advanced Functional Materials：Janus 隔膜和有機正極實現(xiàn)高性能有機鈉電池

鈉枝晶的生長和有機正極的溶解是阻礙鈉有機電池（SOB）發(fā)展的兩個主要挑戰(zhàn)。在此，新疆大學賈殿贈，王省超，Sun Ying等人提出了一種采用界面工程策略的多功能Janus隔膜（h-BN@PP@C）來解決SOBs問題。面對有機正極的碳層作為一個屏障，以捕獲溶解的有機物質(zhì)，并提高其利用率。同時，面對Na負極的h-BN層具有較高的導(dǎo)熱系數(shù)和機械強度，緩解了局部溫度“熱點”的發(fā)生，促進了富NaF-SEI的形成，從而抑制了枝晶的生長。

因此，Janus隔膜能夠在3 mA cm^?2下穩(wěn)定循環(huán)1000小時。二苯并[b,i]噻吩-5,7,12,14-四酮(DTT)，并苯-5,7,12,14-四酮和杯[4]醌等有機正極采用Janus隔膜，表現(xiàn)出了高容量和顯著的循環(huán)性能。

圖1. Janus隔膜對DTT正極的影響

總之，該工作展示了一種界面工程策略即使用 Janus 隔膜來同時抑制 SOB 的鈉枝晶生長和有機正極溶解。h-BN涂層具有良好的潤濕性和導(dǎo)熱性，可促進富NaF-SEI的形成，從而實現(xiàn)均勻的Na⁺通量并防止Na枝晶的生成。此外，碳涂層充當導(dǎo)電屏障可有效提高電活性材料的利用率并加速動力學。

因此，Janus 隔膜能夠?qū)崿F(xiàn)Na//Na 電池超過1000小時的長循環(huán)壽命，且穩(wěn)定的過電勢約為 14 mV。帶有Janus隔膜的Na//DTT電池在500 mA g^?1電流下表現(xiàn)出285.2 mAh g^?1的高比容量。此外，使用 Janus 隔膜的其他兩種有機材料（PT 和 C4Q）也表現(xiàn)出增強的容量和循環(huán)穩(wěn)定性。

圖2. 電池性能

Combining Janus Separator and Organic Cathode for Dendrite-Free and High-Performance Na-Organic Batteries, Advanced Functional Materials 2023 DOI: 10.1002/adfm.202309552

5. Nano Letters：選擇性離子屏蔽實現(xiàn)高性能鋰-硫電池

鋰硫電池（LiSB）由于其低成本和高理論能量密度，是有前途的下一代電池。盡管取得了顯著的進步，但多硫化物（PS）在電池循環(huán)過程中的穿梭仍然是商業(yè)鋰電池開發(fā)中的一個挑戰(zhàn)。

在此，成均館大學Youngkwan Lee團隊提出電極之間的滲透選擇性離子屏蔽，該屏蔽阻擋PS穿梭并將Li⁺傳遞到高性能LiSB。具體而言，這種屏蔽通過功能聚合物的離子絡(luò)合和分子間鍵合很容易建立在隔膜上，從而提高電池性能和安全性。具有開發(fā)屏蔽的LiSB在2 C下1000次循環(huán)后，可提供917 mAh g^–1的顯著放電容量。此外，還研究了LiSB在實際條件下的行為，以實現(xiàn)高能量密度，從而在該系統(tǒng)中實現(xiàn)最佳平衡。

圖1.制備流程

總之，該工作基于功能聚合物的選擇性離子屏蔽是LiSBs的有效夾層。陽離子殼聚糖和陰離子聚合物（CMC和PSSA）的離子絡(luò)合構(gòu)建的屏蔽層不僅抑制了PS穿梭，而且提供了有效的鋰離子傳輸。本文采用優(yōu)化屏蔽層的Li-S電池在2 C下循環(huán)1000次以上表現(xiàn)出出色的電池性能。

即在高能量密度（>300 Wh kg^–1），高S負載的正極（～6.8 mg cm^–2）和貧電解質(zhì)（1.5 μL mg^–1）的實際條件下研究了電池的循環(huán)行為。因此，基于功能聚合物的特性該工作為下一代儲能聚合物的使用提供了從工藝到性能的新視角。

圖2.電池性能

Permselective Ionic-Shield for High-Performance Lithium–Sulfur Batteries,?Nano Letters 2023 DOI: 10.1021/acs.nanolett.3c03021

6. Journal of the American Chemical Society：封裝游離溶劑實現(xiàn)高穩(wěn)定長循環(huán)固態(tài)電池

聚偏氟乙烯（PVDF）電解質(zhì)由于其高離子導(dǎo)電性和機械強度，在固態(tài)鋰電池中引起了越來越多的關(guān)注，但高反應(yīng)性的殘留溶劑嚴重影響了循環(huán)穩(wěn)定性。

在此，哈爾濱工業(yè)大學王家鈞、婁帥鋒等人基于增強的離子偶極相互作用提出了一種自由溶劑捕獲策略，以提高殘余溶劑的（電）化學穩(wěn)定性和界面兼容性。研究發(fā)現(xiàn)，二氟草酸硼酸鋰(LiDFOB)對溶劑化環(huán)境的調(diào)控起到關(guān)鍵作用，能夠誘導(dǎo)形成更多的溶劑結(jié)合位點，以將其封裝到穩(wěn)定的溶劑化結(jié)構(gòu)中，實現(xiàn)電解質(zhì)的高離子電導(dǎo)率和電化學穩(wěn)定性。

此外，四氟硼酸鋰(LiBF₄)的引入促使富含陰離子溶劑化構(gòu)型的形成，從而使得陰離子在界面優(yōu)先分解形成穩(wěn)定的保護層，有效抑制了電解質(zhì)和電極之間的副反應(yīng)。設(shè)計的復(fù)合電解質(zhì)PLLDB在室溫下的離子電導(dǎo)率高達2.15×10^?3 S cm^?1。Li|PLLDB|LiFePO₄ (LFP)固態(tài)電池在5C下循環(huán)2000次容量保持率為80%，庫倫效率為99.9%。

圖1. 電池性能

總之，該工作提出了一種可行的策略將游離殘余溶劑轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。在分子和電子水平上揭示了添加劑LiDFOB在調(diào)節(jié)溶劑化環(huán)境中的作用，具有吸電子效應(yīng)的LiDFOB的引入能夠增強殘余溶劑和鋰離子之間的親和力，促進自由溶劑在陰離子為主的溶劑化結(jié)構(gòu)中參與競爭性配位，改變電解質(zhì)的分解路線以形成陰離子衍生的有機-無機雙層界面保護層，有效提升界面動力學穩(wěn)定性，實現(xiàn)固態(tài)電池在高倍率條件下的長期運行。

因此，該項工作不僅強調(diào)了優(yōu)化溶劑化環(huán)境對于實現(xiàn)高穩(wěn)定長循環(huán)固態(tài)電池的重要作用，而且為電解質(zhì)調(diào)控界面行為的設(shè)計提供了一些新思路。

圖2. 熱力學和動力學穩(wěn)定結(jié)構(gòu)示意圖

Ion–Dipole-Interaction-Induced Encapsulation of Free Residual Solvent for Long-Cycle Solid-State Lithium Metal Batteries, Journal of the American Chemical Society 2023 DOI: 10.1021/jacs.3c07482

7. ACS Nano：鹽陰離子激活電解質(zhì)共溶劑選擇策略實現(xiàn)耐用鋅金屬負極

在水系鋅離子電池中，抑制副反應(yīng)和Zn枝晶生長的一種有效解決方案即在Zn(CF₃SO₃)₂電解質(zhì)中添加助溶劑，助溶劑有可能形成由ZnF₂和ZnS組成的堅固固體電解質(zhì)界面。然而，對于便捷的選擇共溶劑的方法，能夠直接反映溶劑與溶質(zhì)之間的相互作用，從而合理設(shè)計電解質(zhì)的溶劑化結(jié)構(gòu)，目前還缺乏探討。

在此，中南大學李維杰，華南理工大學徐建鐵等人利用logP作為選擇Zn(CF₃SO₃)₂電解質(zhì)助溶劑的標準，并通過測試七種不同類型予以證明。logP值與鹽陰離子CF₃SO₃^–相似的溶劑可以與CF₃SO₃^–、Zn²⁺和H₂O相互作用，導(dǎo)致電解質(zhì)溶劑化結(jié)構(gòu)的重建。為了證明這一概念，以乙酸甲酯 (MA) 為例，因為它的 logP 值與 CF₃SO₃^– 相似。

結(jié)果表明MA分子不僅進入CF₃SO₃^–的溶劑化殼層，而且還與Zn²⁺或H₂O配位，形成MA和CF₃SO₃^–參與的核殼溶劑化結(jié)構(gòu)。特殊的溶劑化結(jié)構(gòu)降低了H₂O活性，有助于形成陰離子誘導(dǎo)的富含ZnCO₃-ZnF₂的固體電解質(zhì)界面。因此，含有MA電解質(zhì)的Zn||Zn電池和Zn||NaV₃O₈·1.5H₂O電池表現(xiàn)出比不含MA電解質(zhì)的電池更優(yōu)異的性能。

圖1. logP值與CF₃SO₃^–相近的共溶劑對電解質(zhì)溶劑化結(jié)構(gòu)和SEI形成過程的作用機理示意圖

總之，該工作為合理設(shè)計Zn(CF₃SO₃)₂基電解質(zhì)的溶劑化結(jié)構(gòu)提供了簡便有效的共溶劑選擇標準(logP值)。通過logP定量研究了鹽陰離子CF₃SO₃^–和共溶劑的親水親油性，將一種與CF₃SO₃^–具有相似兩親性的理想共溶劑(MA)引入到Zn(CF₃SO₃)₂電解質(zhì)中。結(jié)果表明，MA分子可以被納入到CF₃SO₃^–的溶劑化殼層中，不僅有助于MA的溶解，而且降低了CF₃SO₃^–的溶解度。

此外，MA分子還與Zn²⁺或H₂O配位，形成含有MA和CF₃SO₃^–的核殼溶劑化結(jié)構(gòu)。獨特的溶劑化有利于形成富含ZnCO₃-ZnF₂的SEI，并構(gòu)建了一個重塑的H₂O氫鍵網(wǎng)絡(luò)，從而降低了自由水分子的活性。以MA40為電解液的鋅對稱電池，在1 mA cm^-2, 1 mAh cm^-2的面積容量下，電池表現(xiàn)出極高的穩(wěn)定性，使用壽命可達4600 h。Zn//MA40//NVO全電池在1 A g^-1下穩(wěn)定運行500個循環(huán)，容量保持率為77.1%。

圖2. 電池性能

Salt Anion Amphiphilicity-Activated Electrolyte Cosolvent Selection Strategy toward Durable Zn Metal Anode, ACS Nano 2023 DOI: 10.1021/acsnano.3c08716

8. Journal of Energy Chemistry：高濃度電解質(zhì)實現(xiàn)-60°C鋰金屬電池

鋰金屬電池 (LMB) 的能量密度有望超過 400 Wh kg^?1。然而，它們在零度以下會遭受嚴重的電化學性能惡化。這種故障行為與較差的鋰金屬負極(LMA)兼容性和緩慢的Li⁺去溶劑化高度相關(guān)。

在此，華中科技大學謝佳，曾子琪等人證明基于環(huán)戊基甲基醚（CPME）的稀釋高濃度電解質(zhì)（DHCE）能夠?qū)崿F(xiàn)-60°C LMB運行。通過利用Li⁺和CPME之間的松散配位，這種開發(fā)的電解質(zhì)促進離子簇的形成，從而產(chǎn)生陰離子主導(dǎo)的界面化學，從而增強LMA相容性，并大大加速Li⁺去溶劑化動力學。

所得電解質(zhì)表現(xiàn)出高庫侖效率(CE)，在25、-20、-40和-60 °C下分別提供超過99.5%、99.1%、98.5%和95%。組裝的鋰-硫電池在-20和-40°C、0.2 C充電和0.5 C放電時表現(xiàn)出顯著的循環(huán)穩(wěn)定性。即使在-60 °C下，采用這種設(shè)計的電解質(zhì)的鋰硫電池在170 次循環(huán)后仍能保持超過70% 的初始容量。此外，具有10 mg cm^?2高S正極負載的鋰金屬紐扣電池和軟包電池在-20°C下表現(xiàn)出循環(huán)穩(wěn)定性。

圖1. 循環(huán)后鋰片表面的光學照片和SEM

總之，該工作證明了基于CPME的DHCE可用于?60°C的LMB應(yīng)用。得益于松散的Li⁺-CPME配合，開發(fā)的電解質(zhì)支持快速Li⁺脫溶，同時保持超高的LMA相容性。結(jié)果表明，在25 ~ 60℃范圍內(nèi)，可獲得均勻的Li沉積行為和高度可逆的CE。LiFSI-2CPME-2TTE中的Li-S電池在-20和-40℃時表現(xiàn)出很好的循環(huán)穩(wěn)定性。

這種優(yōu)化的電解質(zhì)還保證Li-S電池在-60°C下運行，具有良好的容量保留(170次循環(huán)后保持70%)。在Li-S電池中，在-20和-40°C下的高負載正極也展示了開發(fā)的電解質(zhì)的優(yōu)勢。因此，該工作為開發(fā)具有優(yōu)異的LMA相容性和易于Li⁺脫溶的新型DHCE開辟了一個新方向。

圖2. 電池性能

Loosely coordinating diluted highly concentrated electrolyte toward ?60 °C Li metal batteries, Journal of Energy Chemistry 2023 DOI: 10.1016/j.jechem.2023.10.050