1. ACS Nano：三维锌种碳纳米纤维结构实现高度可逆锌金属电池
不均匀的锌（Zn）沉积通常会导致不可控的枝晶生长，这使得水性锌离子电池（ZIBs）的循环稳定性和库仑效率（CE）不理想，限制了其实际应用。
在此，中国科学技术大学俞书宏院士、陈立锋教授等人以细菌纤维素（BC）为载体，制备了一种具有均匀锌种（CNF-Zn）的轻质柔性三维（3D）碳纳米纤维。该材料是一种低成本、环境友好、丰富的生物质可用于高可逆锌电镀/剥离进而实现高性能水性ZIBs。
所制备的具有多孔互连网络的3D CNF-Zn显著降低了局部电流密度，功能性Zn种提供了均匀的原子核来引导均匀的Zn沉积。得益于Zn种的协同效应和柔性CNF-Zn主体中的三维多孔骨架，显著提高了所建ZIBs的电化学性能。
总之，该工作提出了一种可行的策略，即以生物质衍生的均匀种子为轻质柔性宿主，制备三维互连CNF结构，有效解决ZIBs中不可控枝晶生长。其中三维骨架不仅降低了局部电流密度而且赋予了电极机械柔性；同时，锌种提供原子核位点以引导均匀的锌沉积。灵活的CNF-Zn电极具有出色的可逆性和高CE（在2 mA cm–2下循环450次后为99.5%），而CNF-Zn@Zn∥NVO全电池具有良好的倍率性能和出色的循环稳定性，在4 A g-1下循环500次后几乎保持100 %的容量。因此，该工作表明3D生物质衍生网络可用于构建下一代柔性储能器件的先进电极。
Three-Dimensional Zinc-Seeded Carbon Nanofiber Architectures as Lightweight and Flexible Hosts for a Highly Reversible Zinc Metal Anode ACS Nano 2023 DOI:10.1021/acsnano.3c04996
2. ACS Energy Letters：尖晶石锰酸锂8a四面体位点的表面镁取代可抑制锰溶解并增强循环稳定性
锰溶解引起的表面降解是阻碍尖晶石型LiMn2O4正极材料大规模应用的主要失效机制。尽管基于抑制锰歧化反应的改性受到了广泛关注，但其中许多方法可能会牺牲电池的比容量和倍率能力。
在此，上海科技大学谢琎团队提出了一种策略，即LiMn2O4中8a四面体位置的表面镁离子取代可以显著抑制循环过程中尖晶石表面的析出和Mn的溶解。结果显示，通过ALD涂层和退火引入总痕量的镁表面掺杂（0.3wt%），LiMn2O4正极在250次循环后显示出98.6%的容量保持率。因此，本研究揭示了原子掺杂位点选择的作用以及电极材料在带电状态下表面稳定性的意义。
总之，该工作提出了一种精确的表面原子工程方法成功应用于尖晶石材料改性。镁选择性占据8a四面体位点。研究表明，表面富集的微量镁离子降低了表面锰的氧化态。电化学惰性取代阻止了锰离子从16d位点迁移到8a位点，抑制了高电压下脱锂表面晶格氧的释放，抑制了表面结构的演化。
此外，在不牺牲初始比容量的情况下实现了高容量保持。因此，该种高效的改性方法为设计稳定性更好的商用尖晶石正极材料提供了新的途径。
Surface Magnesium Substitution at Spinel Lithium Manganate 8a Tetrahedral Sites for Suppressed Manganese Dissolution and Enhanced Cycle Stability ACS Energy Letters 2023 DOI: 10.1021/acsenergylett.3c01560
3. ACS Energy Letters：氟代碳酸亚乙酯在抑制锂离子电池硅负极中锂捕获的新见解
氟碳酸亚乙酯（FEC）被广泛用作锂离子电池中的成膜电解质添加剂，并且被认为可以促进在硅电极表面上形成稳定的富含LiF的固体电解质界面（SEI）。
在此，苏州大学郑洪河团队发现FEC在抑制Li捕获方面的作用比稳定SEI膜更重要。具体而言，在不含FEC的电解质中，SEI的生长和重排占容量损失的47.8%，其余52.2%与Si颗粒内的锂捕获有关。在存在10% FEC的情况下，与SEI生长相关的容量损失减少了52.9%，而锂在Si颗粒内的捕获减少了82.3%。
微观研究表明，LiF掺杂在硅相中是主要原因，有效抑制了晶态Li15Si4的形成，从而降低了电化学循环过程中的锂捕获。这一新视角揭示了FEC添加剂对锂离子电池中硅负极的隐藏影响。
总之，该工作报道了FEC在硅负极中作用的新见解。除了促进硅负极上富含LiF的固体电解质界面（SEI）的形成外，FEC在硅锂合金化中扮演着更重要的角色。在FEC存在的情况下，由于FEC还原引起的硅相中的LiF掺杂抑制了Li15Si4晶体的形成，而是形成非晶态的LixSi相。非晶态的LixSi相有助于减少硅电极的体积效应，从而减少硅的粉化现象，进而减少被困活性锂。
此外，硅颗粒内部的LiF掺杂改善了硅负极的离子导电性。因此，通过降低电极极化，可以抑制被困的活性锂。结果显示，FEC在抑制锂捕获方面的作用似乎比稳定SEI膜在延长硅负极循环寿命方面更为重要。因此，该项工作为FEC的作用提供了新的认识，并提出了未来改进锂离子电池中基于硅的电极的新策略。
图2. FEC添加剂在抑制Si颗粒内的Li捕获中作用的示意图
New Insight into the Role of Fluoro-ethylene Carbonate in Suppressing Li-Trapping for Si Anodes in Lithium-Ion Batteries ACS Energy Letters 2023 DOI: 10.1021/acsenergylett.3c01328
4. Advanced Functional Materials：氧化硼固体酸诱导富无机界面实现长循环固态锂金属电池
与锂金属负极配对的固态电解质被认为是下一代储能技术。然而，固态电解质的缓慢离子传输和对锂金属负极的不稳定性阻碍了其实际应用。
在此，华中科技大学黄云辉教授、许恒辉教授等人采用用高度均匀的硼酸对纤维素隔膜进行改性，使其具有高的迁移数(0.75)和良好的离子导电性（0.52mS cm-1）。此外，占据间隙位置的硼离子可以释放自由电子来调节电解质的电化学动力学，原位诱导形成Li2CO3/富LiF异质结固体电解质界面层。纤维素/B2O3基复合电解质匹配LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2(NCM 622)正极和锂金属负极200次循环容量保持率为92%比容量为155 mAh g-1。
此外，该电解质与高质量负载的NCM622正极 (10 mg cm-2) 组装的软包电池中可以稳定运行50个循环，容量保持率超过90%。
总之，该工作证明硼氧化物的均匀分散可有效提高纤维素基固体电解质的电化学性能。具有路易斯酸表面基团的硼氧化物增强了锂盐的解离，改善了锂离子的传输，有利于0.75的高锂离子转移数和0.52 mS cm-1的良好离子电导率。此外，占据间隙位点的硼离子可以增强电解质的电化学动力学，促进阴离子DFOB−的分解，原位形成LiF/Li2CO3异质结构SEI层，有助于调节锂沉积行为。
此外，氧化硼在火灾过程中可形成保护性玻璃层，以提高纤维素/B2O3电解质的阻燃性。因此，该复合电解质为全固态锂金属电池实现商业化应用奠定了基础。
Inorganic-Rich Interphase Induced by Boric Oxide Solid Acid toward Long Cyclic Solid-State Lithium-Metal Batteries Advanced Functional Materials 2023 DOI: 10.1002/adfm.202307677
5. Angewandte Chemie International Edition：亲锌界面抑制晶生长和副反应稳定锌金属负极
构建多功能界面以抑制不可控的锌枝晶生长和有害副反应对于锌负极至关重要。
在此，香港城市大学楼雄文教授、内蒙古大学谷晓俊教授等人证明植酸(PA)-ZnAl配位化合物是一个多功能的间面层可稳定锌负极。亲锌PA-ZnAl层可以控制Zn2+通量，促进快速脱溶动力学，确保均匀Zn沉积。
此外，坚固的PA-ZnAl保护层可以有效地抑制析氢反应和副产物的形成，进一步提高库仑效率。与裸锌相比，Zn@PA-ZnAl电极具有更低的Zn成核过电位和更高的Zn2+迁移数。Zn@PA-ZnAl对称电池在5 mA cm-2和5 mAh cm-2下可循环650小时。
总之，该工作开发了一种多功能的PA-ZnAl界面层，获得无枝晶的ZMAs，提高了CE和延长了循环寿命。亲锌PA-ZnAl层不仅可以引导均匀的Zn2+通量，降低Zn2+成核过电位，还可以促进Zn2+的脱溶动力学。同时，Al3+的静电屏蔽效应可以进一步缓解“尖端效应”，促进Zn均匀沉积。另一方面，PA-ZnAl层可以有效抑制HER、副产物生成和Zn腐蚀等副反应。基于此，Zn@PA-ZnAl对称电池在2 mA cm-2和2 mAh cm-2下具有低过电位，可稳定运行2000小时。
此外，组装的Zn@PA-ZnAl//MnO2全电池具有良好的倍率性能和优异的循环稳定性，在2500次循环后保留了88.2%的初始容量。因此，该工作为构建具有高可逆性的锌负极提供了一种简单可靠的策略，为ZMAs的实际应用提供了思路。
Zincophilic Interfacial Manipulation against Dendrite Growth and Side Reactions for Stable Zn Metal Anodes Angewandte Chemie International Edition 2023 DOI: 10.1002/anie.202312145
6. Angewandte Chemie International Edition：钛酸钡压电催化剂中的本征应力应变使锂氧电池具有低过电位和长寿命
具有高理论能量密度的可充电锂氧（Li−O2）电池被认为是便携式电子设备和电动汽车的有希望的候选者，而由于动力学缓慢和正极钝化导致循环稳定性差，其商业应用受到阻碍。
在此，吉林大学化学学院、无机合成与制备化学国家重点实验室徐吉静教授团队将放电产物（过氧化锂，Li2O2）生长和分解产生的固有应力用作微观压力资源来诱导内置电场，进一步改善循环过程中的反应动力学和界面锂离子（Li+）传输。
固体Li2O2的本征应力-应变引起的压电势能够为载流子的分离和传输提供驱动力，增强Li+转移，从而改善Li−O2电池的氧化还原反应动力学。结合多种原位表征，系统研究了典型压电材料钛酸钡（BTO）的催化机理，明确了应力-应变转变对Li−O2电池电化学反应动力学和Li+界面传递的影响。
总之，该工作将典型的压电材料BTO引入到锂空气电池空气正极中，通过固体放电产物生长和分解产生的微观内应力诱导内建电场，从而改善循环过程中的反应动力学和界面Li+输运。
原位拉曼光谱、X射线衍射谱、有限元模拟和第一性原理计算均揭示了电池内应力对BTO产生内置电场的具体调节作用。弛豫时间分布和原位电化学阻抗谱准确地揭示了内应力诱发的内置电场与电极动力学之间的内在关系。电池内应力诱导的压电势能够调节能带结构，驱动载流子的分离和输运，增强Li+的传质，有效降低反应势垒，显著提高电池性能。所组装的锂空气电池展现出18438 mAh g−1的放电容量和2200 h的长循环寿命。并且在1000 mA g−1的电流密度下，放电电位可以保持在2.7 V，证明了其优异的倍率性能。
Intrinsic Stress-strain in Barium Titanate Piezocatalysts Enabling Lithium−Oxygen Batteries with Low Overpotential and Long Life Angewandte Chemie International Edition 2023 DOI: 10.1002/anie.202311739
7. ACS Energy Letters：能量密集水系电池的浓缩氯基电解质可实现可逆Cl3–/Cl–氧化还原
氯的氧化还原具有高电势和比容量，在储能应用中引起了广泛关注，但它在水性电解质中会发生不期望的歧化反应，这阻碍了其发展。
在此，中国科学院上硅所刘宇研究员&杨程副研究员团队通过金属卤化物络离子的独特增溶作用，以低成本构建高浓度氯化物(超过30 m)电解质来稳定氧化产物并抑制副反应，Cl3–/Cl–氧化还原对在1.0 V vs SCE下表现出高达96.0%的高度可逆性。
基于高浓度电解质的所制造的Zn-Cl3全电池在近乎中性的系统中在1.0 mA cm-2下表现出2.02 V的超高工作电压。特别是，证明了室温下转换效率的提高以及4000次循环的持久循环稳定性。
图1. 使用9M20C电解质的三电极系统中Cl3–/Cl–氧化还原过程的表征
总之，该工作通过金属卤化物络离子的增溶作用构建高浓度的氯化物盐，成功制备了几种低游离水活度电解质，其在室温下具有96.0%的高库仑效率，同时保持了相对较高的水含量(最低至21.5 wt%)，以保证电解质的安全性和优异的离子电导率。在此基础上，基于更浓电解质的Zn-Cl3-全双离子电池在近中性系统中在1.0 mA cm-2下表现出2.02 V的超高工作电压和优越的倍率性能。
特别的，所制造的器件表现出前所未有的耐用循环寿命(超过4000次循环)，几乎没有容量损失，这在水系系统中几乎没有报道过。因此，该工作为新型锌氯氧化还原液流电池(RFB)的设计提供启示，该电池具有高能量密度和持久的使用寿命，适合实际应用。
Concentrated Chlorine-Based Electrolyte Enabling Reversible Cl3–/Cl– Redox for Energy-Dense and Durable Aqueous Batteries ACS Energy Letters 2023 DOI: 10.1021/acsenergylett.3c01802
8. Advanced Functional Materials：3D打印MXene基铁电聚合物改善锌离子电池性能
水系锌离子电池（AZIBs）的锌（Zn）金属负极因其理论容量高、氧化还原电位低、成本低等特点而受到广泛关注。然而，不可控的枝晶形成和副反应会导致电池的可逆循环有限和快速失效。
在此，南京信息工程大学张一洲教授、董升阳教授&扬州大学庞欢教授团队通过3D打印方法构建了具有高β相含量的聚偏二氟乙烯(PVDF)基保护层(PVDF-MXene)。3D打印方法和MXene纳米片的协同效应有助于PVDF聚合物链从α相到β相的相变，从而提高打印的PVDF薄膜的铁电性能。
这种保护层可以控制锌离子的浓度分布。因此，使用这种负极(PVDF-MXene-Zn)的对称锌电池在1.0 mA cm-2和1.0 mAh cm-2下表现出可逆的锌电镀/剥离，具有低电压滞后，循环超过4200小时。当与MnO2和活性炭组装时，所得的Zn-MnO2电池和锌离子电容器表现出显著增强的循环稳定性。
总之，该工作以二维Ti3C2Tx纳米片为模板，采用3D打印工艺，设计了极化铁电聚合物基复合薄膜(PVDF-MXene)，以改善锌沉积行为，稳定锌金属负极的剥离/镀过程。Ti3C2Tx纳米片与PVDF聚合物之间的强静电相互作用可以增强PVDF聚合物的β相，从而改善其铁电性能，并协同调节阳离子分布和阴离子浓度。MXene纳米片由于其高导电性和与Zn的强结合能，可以在复合膜表面诱导均匀的锌成核/沉积。
因此，PVDF-MXene改性的锌阳极在1 mA cm-2下表现出超过4200小时的延长循环寿命，以及接近100%的高CE。使用这种锌负极所制造的锌离子电池和锌离子电容器都表现出改善的电化学性能和显著的容量保持率。因此，这种构建新型铁电复合材料薄膜来稳定锌负极的策略是非常有效的，并为可应用于高性能电池的其他金属负极提供了新的思路。
3D Printing of MXene-Enhanced Ferroelectric Polymer for Ultrastable Zinc Anodes Advanced Functional Materials 2023 DOI: 10.1002/adfm.202305550
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