1. AEM：低成本准固态”膨胀粘土包水”电解质实现5000次循环水系锌离子电池
水诱导的寄生反应会导致锌金属负极的可逆性较差，这对水系锌离子电池（AZIBs）的实际应用构成了重大挑战。
图1 电解质设计
德克萨斯大学达拉斯分校Guoping Xiong、Kyeongjae Cho、圣母大学Tengfei Luo等设计了一种含有硫酸锌和膨胀粘土（BT）的新型准固态”膨胀粘土包水”（water-in-swelling-clay）电解质（WiSCE），以实现高度可逆的锌金属负极。研究显示，基于WiSCE的AZIB全电池在各种电流密度下都表现出优异的循环稳定性、较长的保质期、较低的自放电速率和优异的高温适应性。特别是，基于WiSCE的AZIB全电池在0.1A g-1的条件下循环200次后容量保持90.47%，在1A g-1的条件下循环2000次后容量保持96.64%，在3A g-1的条件下循环5000次后容量保持88.29%。
图2 半电池性能
详细的密度泛函理论计算表明，在WiSCE中BT和水分子之间形成了强烈的氢键。因此，水分子被BT强烈限制，特别是在夹层内，这大大抑制了水引起的寄生反应，大大改善了循环稳定性。因此，与最先进的”盐包水”电解质相比，WiSCE可以在全电池水平上提供明显更高的容量，而成本却大大降低，这对设计下一代高性能AZIB很有希望。总铁有人，这项工作为开发具有成本竞争力的AZIBs作为电网规模储能的替代品提供了一个新的方向。
A Low-Cost Quasi-Solid-State “Water-in-Swelling-Clay” Electrolyte Enabling Ultrastable Aqueous Zinc-Ion Batteries. Advanced Energy Materials 2023. DOI: 10.1002/aenm.202300782
2. 汪国秀/王天奕AEM：表面和界面工程协同助力1万次循环钠电！
由于合金型负极具有较高的理论容量、合适的工作电位和丰富的地球储量，因此在钠离子电池（SIB）中显示出巨大的应用潜力。然而，它们的实际应用由于体积膨胀大、固体-电解质界面（SEI）不稳定以及循环过程中反应动力学迟缓而受到严重阻碍。
悉尼科技大学汪国秀、Xin Guo、扬州大学王天奕等合理地设计并合成了一个由氮掺杂碳包覆的锡纳米棒（Sn@NC）组成的三维花状结构作为SIB的负极。密度函数理论（DFT）计算显示，通过掺氮碳对锡纳米棒的表面工程，大大改善了钠亲和力和钠离子扩散动力学。更重要的是，研究发现基于二甘醇二甲醚（DEGDME）的电解质具有显著的化学稳定性和优化的溶剂化结构，可以与N掺杂的碳层协同合作，从而产生稳定的有机-无机混合SEI，其外层是离子导电的聚醚，内层是坚固的富氟无机化合物。SEI的构成和复合结构的稳定性通过一系列的原位表征技术得到了全面的证明，包括深层X射线光电子能谱（XPS）分析、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）。
此外，理论模拟和电化学分析显示，与传统的碳酸酯电解液相比，Sn@NC负极在基于DEGDME的电解液中的反应动力学更快。因此，通过N掺杂碳层的表面工程和电解液调控的界面工程的协同作用，Sn@NC电极在5 A g-1下经过10000次循环后仍能表现出347 mAh g-1的高容量。此外，Na3V2(PO4)3║Sn@NC的全电池表现出高能量密度（215 Wh kg-1）、卓越的高倍率能力（2分钟内达到80%的容量），以及在-20至50℃的宽温度范围内的长循环寿命。
A High-Performance Alloy-Based Anode Enabled by Surface and Interface Engineering for Wide-Temperature Sodium-Ion Batteries. Advanced Energy Materials 2023. DOI: 10.1002/aenm.202300351
3. 中科院青能所Angew：氰基功能化使LiDFOB具有优异的抗氧化性能
二氟硼酸锂（LiDFOB）由于其良好的热稳定性和优秀的铝钝化性能，已被广泛研究用于锂离子电池（LIBs）。然而，LiDFOB容易遭受严重的分解，并产生大量的气体物种（如二氧化碳）。
中科院青能所崔光磊、许高洁、崔子立、Qiao Lixin等创新地合成了一种新型的氰基功能化硼酸锂盐，即二氟（1,2-二羟基乙烷-1,1,2,2-四碳腈）硼酸锂（LiDFTCB），作为一种高抗氧化的盐来缓解上述困境。研究显示，在室温和高温下，1.6M的LiDFTCB-碳酸丙烯酯（PC）电解液使实用的LiCoO2/石墨（正极负载=15.6mg cm-2）全电池具有比1.6M的LiDFOB-PC的对应物更优越的电化学性能（例如，600次循环后达到80%）。
研究证实，LiDFOB盐遭受了严重的分解，并在50℃时在高压LiCoO2正极和石墨负极上诱发了厚的界面层的形成。与此形成鲜明对比的是，LiDFTCB盐倾向于在两个电极上形成薄而坚固的界面层，并防止了电池容量在50℃下的严重退化。更重要的是，当LiDFTCB盐在50℃下使用时，没有检测到二氧化碳气体。这些结果强调了氰基功能化阴离子在提高实用锂离子电池性能方面的意义。
Highly Oxidative-Resistant Cyano-Functionalized Lithium Borate Salt for Enhanced Cycling Performance of Practical Lithium-Ion Batteries. Angewandte Chemie International Edition 2023. DOI: 10.1002/anie.202302664
4. 陈卫华Nat. Commun.：多尺度界面工程实现5700次循环钠电正极！
非水钠离子电池（SiBs）是一种可行的电网存储的电化学储能系统。然而，SiBs的实际发展主要受阻于正极活性材料（如多离子型铁基硫酸盐）在高电压下的迟缓动力学和界面不稳定性。
郑州大学陈卫华等提出了Na2.26Fe1.87(SO4)3的多尺度界面工程，其中体外异质结构和暴露的晶面被调整以改善钠离子存储性能。物理化学特性和理论计算表明，Na6Fe(SO4)4相的异质结构通过丰富钠离子迁移通道和降低能量障碍，促进了离子动力学的发展。此外，Na2.26Fe1.87(SO4)3的(11-2)平面促进了电解液中ClO4-阴离子和氟代碳酸乙烯酯分子的吸附，从而在正极形成了一个无机物丰富的Na离子导电间相（CEI），进一步实现了正极/电解质界面上的快速离子转移和高电压下的电解质稳定性。
因此，采用复合硫酸铁基正极的钠金属电池在6 mA g-1时的初始放电容量为101.3 mAh g-1（电池的平均放电电压约为3.75 V），并具有良好的倍率性能（73.5 mAh g-1，1200 mA g-1）和循环稳定性（在60 mA g-1下进行1300次循环和600 mA g-1下进行5700次循环后，容量保持率分别为80.69和65.32%）。此外，一个实验室规模的全硫化铁钠离子软包电池在24 mA g-1时的初始比能量密度为168.2 Wh kg-1（基于正负电极的重量），并且可进行电极回收。
Bridging multiscale interfaces for developing ionically conductive high-voltage iron sulfate-containing sodium-based battery positive electrodes. Nature Communications 2023. DOI: 10.1038/s41467-023-39384-7
5. AFM：三碲化锂电解液添加剂同时稳定锂负极并提高硫正极的利用率
尽管有可能成为下一代储能技术，但实用的锂硫（Li-S）电池仍然受到锂金属负极循环性差和硫物种转换动力学迟缓的困扰。
德克萨斯大学奥斯汀分校Arumugam Manthiram等采用简单一步法合成了三碲化锂（LiTe3），并将其用作Li-S电池的新型电解液添加剂，以调整电池的反应动力学，并在电极表面引入SEI保护层。研究显示，LiTe3能迅速与多硫化锂反应，并作为氧化还原介质，大大改善正极动力学和正极活性材料的利用。此外，在负极表面形成的Li2TeS3/Li2Te富集的界面层增强了离子传输，稳定了锂的沉积。
通过调节负极和正极两侧的化学反应，这种添加剂在传统醚类电解液中浓度仅为0.1M就可以使无负极的Li-S电池稳定运行。电化学性能显示，采用LiTe3添加剂的电池在100次循环后能保持71%的初始容量，而对照组电池只保持23%。更重要的是，随着Te的高利用率，该添加剂使无负极软包全电池在贫电解液条件下的循环性能显著提高。
Lithium Tritelluride as an Electrolyte Additive for Stabilizing Lithium Deposition and Enhancing Sulfur Utilization in Anode-Free Lithium–Sulfur Batteries. Advanced Functional Materials 2023. DOI：10.1002/adfm.202304568
6. 蔺洪振/王健AM：”缺陷包单原子”催化剂加速Li+脱溶剂化动力学
锂金属负极由于其高容量和低电位，是实现高能量密度电池的一个有希望的候选者。然而，一些限制倍率的动力学障碍，如Li+溶剂化结构的解溶剂化以释放Li+，Li0成核和原子扩散，会造成不均匀的空间锂离子分布和枝晶形态的形成，进而导致低库仑效率和差稳定性。
卡尔斯鲁厄理工学院Stefano Passerini、中国科学院苏州纳米所蔺洪振、王健等通过在锂金属上采用由缺陷单原子催化剂（SAC-in-Defects）组成的界面催化剂层，来促进Li+的脱溶剂化和Li0原子扩散动力学，并抑制枝晶的生长。作为SAC-in-Defects材料的原型，单个铁原子被固定在阳离子空位丰富的硫化钴（Co1-xS）纳米颗粒上，分布在多孔碳（SAFe/CVRCS@3DPC）的三维结构中，作为动力学的促进剂。通过SAFe/CVRCS@3DPC减少脱溶剂化和扩散障碍，大量游离的Li+离子被电催化地从Li+溶剂化复合物结构中解离出来，并进行均匀的横向扩散，从而实现了平滑的无枝晶锂形态，这一点通过原位/外位联合表征得到了全面的理解。
结果，改性的锂金属电极（SAFe/CVRCS@3DPC-Li）显示了从复杂的脱溶剂化和原子扩散中快速生成自由Li+的能力，实现了平滑的、无枝晶的、长期的锂沉积/剥离，循环寿命达到1600小时。此外，与高负载的LiFePO4正极（10.67 mg cm-2）相配，所获得的全电池在0.5C下循环300次后，可提供131 mAh g-1的超高容量，展示了SAFe/CVRCS@3DPC的实际应用可行性。
Interfacial “Single-Atom-in-Defects” Catalysts Accelerating Li+ Desolvation Kinetics for Long-lifespan Lithium Metal Batteries. Advanced Materials 2023. DOI: 10.1002/adma.202302828
7. 雷文/张海军/谢正伟AFM：具有增强反应动力学的类红毛丹SiOC负极
碳氧化硅（SiOC）由于其可调的化学成分、高可逆容量和小的体积膨胀，在锂离子电池中拥有巨大的潜力。然而，由于其导电性差，其商业应用受到限制。
武汉科技大学雷文、张海军、中国科学院成都有机化学研究所谢正伟等通过水热处理结合CH4热解策略，首次制备了平均直径为302nm的红毛丹状垂直石墨烯涂层空心多孔SiOC（Hp-SiOC@VG）球状颗粒。SiOC的中空多孔结构减轻了Li+插入/提取过程中产生的体积膨胀效应，垂直石墨烯增强了电子传输，而CH4热解产生的碳增加了可逆的SiO3C和SiO2C2结构单元。DFT计算证实，与SiOC3的对应物相比，SiO3C和SiO2C2结构对Li+的吸附能力更高。
因此，这种精心设计的结构赋予了Hp-SiOC@VG优异的电化学性能。特别是，Hp-SiOC@VG电极在1.0 A g-1的条件下提供了高的初始库仑效率≈75%，经过600次循环，具有335 mAh g-1的出色可逆容量和良好的倍率能力。此外，Hp-SiOC@VG//LFP全电池在0.2A g-1的条件下循环100次后也表现出了较高的可逆容量和保持率。这项工作不仅克服了传统SiOC材料的制备复杂性，也克服了SiOC掺杂碳材料的改性限制，进一步拓宽了SiOC基材料在储能装置中的实际应用。
On the Practical Applicability of Rambutan-like SiOC Anode with Enhanced Reaction Kinetics for Lithium-Ion Storage. Advanced Functional Materials 2023. DOI: 10.1002/adfm.202302348
8. AEM：离子液体作为高压正极和固态电解质之间的多功能界面层
钠二次电池由于其低成本和环境友好性，作为未来的储能设备获得了赞誉，但由于大多数电解质的阳极稳定性较差，包括固态电解质（SSE），其与高压正极材料不兼容，因此受到严重阻碍。
图1 固态电解质的界面问题和阳极稳定性以及解决策略示意
京都大学Jinkwang Hwang、Kazuhiko Matsumoto等首次报告了一种新的合成技术，即使用氟氢酸离子液体（IL）前体来制备具有高产和高纯度的[DEME][PF6]（[DEME]+: N,N-二乙基-N-甲基-N-(2-甲氧基乙基)铵）。此外，作者配制了Na[PF6]-[DEME][PF6]IL，并进行了一系列的电化学测试，以验证其在电池应用中的性能。研究显示，该发明的IL具有显著的氧化稳定性（在Pt上可达5.2V，在导电碳电极上>4.5V），有助于抑制一种典型的SSE的氧化分解，例如β氧化铝固态电解质（BASE），从而扩展其在混合SSE体系中的电化学窗口。
此外，该IL还提供了钠离子传输路径，有助于减少BASE和正电极之间接触不足所产生的界面电阻。结果，一个采用高压正极Na3V2(PO4)2F3和BASE/IL配置的混合固态钠二次电池具有能量密度和卓越的循环性能。该研究结果表明，在开发混合SSE电池时利用Na[PF6]-[DEME][PF6]IL电解质并不局限于BASE和NPF正极，它也可以作为开发使用SSE的高电压钠金属电池的通用策略。
A Hexafluorophosphate-Based Ionic Liquid as Multifunctional Interfacial Layer between High Voltage Positive Electrode and Solid-State Electrolyte for Sodium Secondary Batteries. Advanced Energy Materials 2023. DOI: 10.1002/aenm.202301020
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