1. ACS Nano：高混沌誘導(dǎo)多陰離子富溶劑化結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)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(zhì)要求能承受高電壓（≥4.7 V），并能適應(yīng)較寬的溫度范圍。然而，在高溫高壓條件下，電池性能會(huì)因電極-電解質(zhì)的劇烈反應(yīng)而下降，而在低溫條件下，鋰枝晶通常會(huì)因動(dòng)力學(xué)不良而過度生長(zhǎng)。

在此，華中科技大學(xué)黃云輝，韓建濤，方淳等人提出了一種高混沌電解質(zhì)設(shè)計(jì)策略，該策略可促進(jìn)形成涉及多種陰離子的弱溶劑化結(jié)構(gòu)。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(wěn)健的富無機(jī)電解質(zhì)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(yīng)。

此外，多陰離子溶劑化結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)移動(dòng)力學(xué)，抑制了鋰枝晶的生長(zhǎng)。

圖1. 高混沌電解質(zhì)的設(shè)計(jì)機(jī)理圖

總之，該工作通過高混沌電解質(zhì)進(jìn)一步優(yōu)化溶劑化化學(xué)反應(yīng)，開發(fā)出了一種高電壓、寬溫度鋰金屬電池。在正極和負(fù)極均獲得了由 Li⁺-EMC-DMC-DFOB–PO₂F₂–PF₆– 高混沌溶劑化鞘形成的堅(jiān)固的富無機(jī)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(yīng)，并能長(zhǎng)期保持優(yōu)異的穩(wěn)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(nèi)和 4.7 V 的超高截止電壓下都表現(xiàn)出了卓越的電化學(xué)性能。在 4.7 V 和 45 ℃ 下，HCE 電池在 200 個(gè)循環(huán)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(dá) 126 mAh g^-1，在 200 個(gè)循環(huán)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(diào)控高混沌電解質(zhì)提供了一種創(chuàng)新策略，以進(jìn)一步優(yōu)化溶劑化化學(xué)，從而實(shí)現(xiàn)高電壓和寬溫度應(yīng)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(shí)現(xiàn)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(yōu)異的電催化劑/吸附劑作為硫正極材料取得了顯著進(jìn)展，但由于在低電解質(zhì)/硫（E/S）和負(fù)/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(yīng)和緩慢的氧化還原動(dòng)力學(xué)，實(shí)用Li-S 軟包電池的高能量密度（WG）仍然受到限制。

在此，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)楊華明，中南大學(xué)唐愛東等人開發(fā)出了一種新型三元氟化物 MgAlF₅-2H₂O，它具有超快離子傳導(dǎo)-強(qiáng)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(dǎo)體，確保在高 S 負(fù)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(dòng)力學(xué)。同時(shí)，強(qiáng)極性的 MgAlF₅-2H₂O 通過化學(xué)吸附作用捕獲多硫化物，從而抑制穿梭效應(yīng)。因此，1.97 A h 級(jí)Li-S 軟包電池的 WG 值高達(dá) 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(jié)構(gòu)，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?；?MgAlF₅-2H₂O 的離子導(dǎo)體在 25°C 時(shí)表現(xiàn)出 0.84 mS cm^-1 的高離子電導(dǎo)率，其中鋰離子的傳導(dǎo)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(dǎo)體，可確保鋰離子在高 S 負(fù)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(dòng)力學(xué)。同時(shí)，強(qiáng)極性 MgAlF₅-2H₂O 通過化學(xué)吸附作用捕獲鋰離子，從而抑制穿梭效應(yīng)。值得注意的是，1.97 A h 級(jí)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(xiàng)研究提供了一種新型離子導(dǎo)體和一種可大規(guī)模生產(chǎn)的新型宿主材料，同時(shí)也為天然礦物在電池領(lǐng)域的應(yīng)用帶來了新的前景。

圖2. 軟包電池的結(jié)構(gòu)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(xué)

具有Cl⁰到Cl^–氧化還原反應(yīng)(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(chǔ)能。然而，ClRR固有的氣液轉(zhuǎn)換特性以及較差的Cl固定性會(huì)導(dǎo)致Cl₂泄漏，降低電池的可逆性并引發(fā)安全問題。

在此，香港城市大學(xué)支春義團(tuán)隊(duì)利用硒基有機(jī)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(xué)實(shí)現(xiàn)原子級(jí)的Cl固定，實(shí)現(xiàn)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(gè)氧化的Cl⁰錨定在單個(gè)Ph-Se上，以及Se的多價(jià)轉(zhuǎn)化有助于六電子轉(zhuǎn)化過程，實(shí)現(xiàn)高達(dá)507 mAh g^-1的高放電容量、平均電壓為1.51 V，庫侖效率高達(dá)99.3%，能量密度高達(dá)665 Wh Kg^-1。

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

圖1. 含ClRR的Zn-di-Ph-Se電池的電化學(xué)性能

總之，該工作利用雙Ph-Se作為Cl錨定劑，實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)Cl⁰原子錨定在一個(gè)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(zhuǎn)換過程，提供令人印象深刻的放電電壓(高達(dá)1.51V)和放電容量(507 mAh g^-1)。

此外，由于穩(wěn)定的分子結(jié)構(gòu)和電解質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了非凡的循環(huán)性能，循環(huán)500次后容量保持率高達(dá)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(shè)計(jì)策略為實(shí)現(xiàn)電池中可逆鹵素氧化還原化學(xué)開辟了新的途徑。

圖2. 評(píng)價(jià)Zn-di-Ph-Se電池的穩(wěn)定性和實(shí)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(diào)整鐵d帶中心的化學(xué)吸附方式增強(qiáng)陰離子交換膜燃料電池中的氧還原作用

開發(fā)陰離子交換膜燃料電池（AEMFC）必須對(duì)高性能非貴金屬基催化劑的電子構(gòu)型和中間產(chǎn)物吸附行為進(jìn)行研究，以解決正極氧還原反應(yīng)（ORR）動(dòng)力學(xué)緩慢的問題，但這仍然是一項(xiàng)巨大的挑戰(zhàn)。

在此，蘇州大學(xué)晏成林，南通大學(xué)錢濤等人報(bào)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(zhì)結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)高效的氧還原電催化。計(jì)算表明，La─O─Fe 異質(zhì)界面形成的界面鍵有效地優(yōu)化了 Fe d 帶中心相對(duì)于費(fèi)米級(jí)的電子結(jié)構(gòu)，從而顯著降低了 ORR 過程中限速步驟的反應(yīng)壁壘。

對(duì)中間產(chǎn)物化學(xué)吸附的調(diào)節(jié)使 Fe₃O₄/La₂O₃@N,O-CNSs 具有出色的 ORR 性能和更高的穩(wěn)定性，半波電位值（0.88 V）顯著提高。在實(shí)際的 AEMFC 工作條件下，該催化劑的功率密度高達(dá) 148.7 mW cm^-2，高于商用 Pt/C 耦合電極。

圖1. DFT計(jì)算

總之，該工作開發(fā)出了摻雜 N、O 碳納米球中的 Fe₃O₄/La₂O₃ 納米粒子，并將其設(shè)計(jì)為一種高效 ORR 電催化劑。實(shí)驗(yàn)表明，La₂O₃ 的引入引起了鐵活性位點(diǎn)的顯著電子調(diào)制，使鐵的 d 帶中心下移到費(fèi)米級(jí)，對(duì)氧相關(guān)中間產(chǎn)物具有適度的吸附行為，從而降低了反應(yīng)能壘，提高了整個(gè) ORR 過程的內(nèi)在活性。同時(shí)，多孔 N,O-CNS 的 0D 多孔納米球結(jié)構(gòu)和高比表面積有利于在碳基體充分暴露更多的活性位點(diǎn)，有利于縮短電子和質(zhì)量傳輸路徑。

因此，F(xiàn)e₃O₄/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(yīng)地，F(xiàn)e₃O₄/La₂O₃@N,O-CNS 電極使 AEMFCs 達(dá)到了 148.7 mW cm^-2 的峰值功率密度和長(zhǎng)達(dá) 100 h 的出色循環(huán)穩(wěn)定性。因此，該工作可以促進(jìn)高催化性和高穩(wěn)定性的稀土金屬氧化物改性 Fe-N-C 催化劑的開發(fā)，使其在 AEMFCs 中得到實(shí)際應(yīng)用。

圖2. 電化學(xué)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(fù)極金屬鋰電池中外部壓力、SEI 結(jié)構(gòu)和電沉積形態(tài)之間的相互關(guān)系

鋰金屬因其高容量（3860 mAhg^-1）和相關(guān)的低充電電壓而被認(rèn)為是鋰二次電池下一代負(fù)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(wěn)定的固態(tài)電解質(zhì)相（SEI）。

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

在 1MPa 壓力下可實(shí)現(xiàn)優(yōu)異電化學(xué)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(jīng)過 300 小時(shí)（50 個(gè)循環(huán)）后保持穩(wěn)定，循環(huán)庫侖效率 (CE) 為 99.8%。采用高負(fù)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(huán) 200 次，CE 為 99.4%。

圖1. DFT計(jì)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(qiáng)金屬潤(rùn)濕性能直接替代較高的壓力來穩(wěn)定鋰的電沉積/剝離化行為。研究表明，石墨烯層可使無負(fù)極鋰金屬電池（AF-LMB）在1 MPa中實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的電沉積/剝離。pG層與 1 MPa 低壓之間的協(xié)同作用實(shí)現(xiàn)了鋰在整個(gè)長(zhǎng)循環(huán)過程中的平面沉積，使半電池的庫侖效率 (CE) 達(dá)到 99.8%，并實(shí)現(xiàn)了高容量負(fù)載全電池的穩(wěn)定循環(huán)。

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(jìn) SEI 異質(zhì)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(shí)現(xiàn)無枝晶鋰金屬負(fù)極

由于惰性的鋰親和力和較差的Li ⁺調(diào)節(jié)能力，金屬鋰容易沉積在基底材料的頂部，進(jìn)一步增加了短路的風(fēng)險(xiǎn)。因此，引導(dǎo)鋰沉積并調(diào)整基材底部的Li ⁺通量是非常必要的。

在此，廣州工業(yè)大學(xué)劉全兵，懷柔實(shí)驗(yàn)室Zhang Rui等人制備了雙梯度框架以誘導(dǎo)Li⁺遷移和沉積。雙梯度框架結(jié)合具有較低Li⁺遷移勢(shì)壘的上部Ni₃S₂納米線和具有較強(qiáng)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(jìn)一步促進(jìn)Li⁺向內(nèi)部骨架的傳輸。因此，在230個(gè)循環(huán)中實(shí)現(xiàn)了98%的高平均庫侖效率和180小時(shí)的循環(huán)壽命（10 mA cm ^-2、5 mAh cm ^-2 ）。LiFePO₄全電池還表現(xiàn)出相當(dāng)大的容量保持率。

圖2. 鋰沉積示意圖

總之，該工作精心構(gòu)建了一種雙梯度框架（Ni₂P/Ni₃S₂ NWs-NF），通過調(diào)節(jié)定向鋰成核和鋰擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)無枝晶鋰沉積。納米線結(jié)構(gòu)不僅加強(qiáng)了導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的連接，還為鋰沉積提供了空間，緩解了反復(fù)充放電過程中的體積變化。同時(shí)，富含Li₂S和Li₃P的SEI層進(jìn)一步推動(dòng)了鋰在骨架中的快速傳輸滲透。在實(shí)際條件下（10 mA cm^-2、5 mAh cm^-2），該電池在 230 次循環(huán)中實(shí)現(xiàn)了 98% 的超高平均庫侖效率和 180 h 的穩(wěn)定壽命。

此外，鋰-Ni₂P/Ni₃S₂ NWs-NF||LFP (10 mg cm^-2)也表現(xiàn)出優(yōu)異性能和容量保持率?？傊?，該項(xiàng)工作為實(shí)現(xiàn)均勻鋰沉積效應(yīng)提供了一種出色的策略，并展示了梯度框架在實(shí)際 LMA 中應(yīng)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(fù)合電解質(zhì)多功能 Janus 層增強(qiáng)固態(tài)鋰金屬電池界面穩(wěn)定性

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

在此，上海大學(xué)程紅偉，魯雄剛，華盛頓州立大學(xué)Dong Panpan等人設(shè)計(jì)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(huán)氧乙烷（PEO）電解質(zhì)（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(jìn)鋰鹽的解離，從而大大提高了MEMO@LLZTO-PEO的離子電導(dǎo)率（30℃時(shí)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(xué)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(shù)（0.53）。MEMO@LLZTO-PEO-NF在鋰對(duì)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(xiàn)出超過4000小時(shí)的良好循環(huán)性能。當(dāng)用于具有高活性質(zhì)量負(fù)載（>4 mg cm^?2）的全固態(tài)Li/LiFePO₄電池時(shí)，MEMO@LLZTO-PEO-NF電池在60℃下表現(xiàn)出顯著增強(qiáng)的循環(huán)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(tǒng)研究了MEMO涂層對(duì)PEO基復(fù)合電解質(zhì)離子傳輸?shù)挠绊?。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(xù)的鋰離子傳導(dǎo)路徑，所獲得的電解質(zhì)膜表現(xiàn)出良好的離子電導(dǎo)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(xiàn)出強(qiáng)烈的相互作用，從而解離更多的鋰鹽，導(dǎo)致快速的鋰離子傳輸，從而提高M(jìn)EMO@LLZTO-PEO的鋰離子遷移數(shù)。此外，與MEMO@LLZTO-PEO相比，MEMO@LLZTO-PEO-NF電解質(zhì)表現(xiàn)出更高的機(jī)械強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性。因此，采用MEMO@LLZTO-PEO-NF的鋰對(duì)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(huán)長(zhǎng)達(dá)4000小時(shí)。

與LLZTO-PEO-NF電池相比，采用MEMO@LLZTO-PEO-NF電解質(zhì)的全固態(tài)Li/LiFePO₄電池在60℃下具有顯著增強(qiáng)的循環(huán)性能和倍率性能。因此，該工作為優(yōu)化聚合物-填料界面提供了合理的設(shè)計(jì)策略，以實(shí)現(xiàn)安全性更好的全固態(tài)鋰電池的高性能CSE，在各種系統(tǒng)中具有一定的普適性。

圖2. DET計(jì)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(jī)超結(jié)構(gòu)中非金屬NH₄⁺/H⁺電荷載體共儲(chǔ)能機(jī)制構(gòu)建高性能水系鋅-有機(jī)電池

有機(jī)小分子作為鋅有機(jī)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(zhì)中而受到限制。

在此，同濟(jì)大學(xué)劉明賢團(tuán)隊(duì)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(wěn)定的氫鍵網(wǎng)絡(luò)。具有八個(gè)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(xué)克服了DNPT在電解質(zhì)中的穩(wěn)定性障礙，并提供了非金屬載流子的快速擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)。

因此，穩(wěn)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(zhǎng)壽命(60000 次循環(huán))。

圖1. 結(jié)構(gòu)表征

總之，DNPT和NH₄⁺電荷載體之間的超穩(wěn)定氫鍵網(wǎng)絡(luò)被證明可以解決有機(jī)小分子在水溶液電解質(zhì)中的溶解和循環(huán)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(duì)四面體NH₄⁺ (氫鍵供體)具有氧化還原可達(dá)性，但不含較大的Zn²⁺，具有快速和超穩(wěn)定的NH₄⁺儲(chǔ)存能力。

NH₄⁺配位氫鍵化學(xué)在DNPT正極上的優(yōu)點(diǎn)通過ZOBs的全面改進(jìn)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(wěn)定壽命(60000次循環(huán))。因此，該工作為抑制小分子有機(jī)正極的溶解度提供了一種新的設(shè)計(jì)理念，拓展了先進(jìn)ZOBs中NH₄⁺配位氫鍵有機(jī)材料的化學(xué)空間。

圖2. DFT計(jì)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