1. Energy & Environmental Science：MOF纳米片作为离子载体制备自优化锌负极

水系锌离子电池由于其低成本和高安全性，在电网存储中具有广阔的应用前景。然而，由于枝晶形式的无序金属沉积及其严重的水腐蚀性阻碍了其实际应用。

在此，中国科学院大连化物所杨维慎院士团队提出了“离子载体”的概念，以使离子通量与电场解耦。采用动态可回收的金属有机骨架纳米片作为Zn²⁺载体来容纳、传输和约束Zn²⁺离子，从而实现稳定、可预测和保形的Zn²⁺离子沉积。

因此，锌负极在循环过程中在形态和取向方面经历自优化过程。Zn的选择性（002）沉积产生了稳定的（002）结构，以及无副产物的表面。结果显示，无论是在Zn||Zn对称电池(6900 h)还是在全电池(6000次循环，容量保持90%)均可以实现Zn负极的高循环稳定性

图1. 电化学性能

总之，实验结果表明DMNs在锌负极循环过程中发挥着关键作用。裸锌电极逐渐重构为水平排列的片状形态和增强（002）的结构，同时伴随着电解质相关副产物的消除。相对纹理系数(RCT)为96.9的{002}纹理代表了迄今为止获得的最强取向。这种取向，以及片层状的形态，来自于DMNs约束下Zn²⁺离子的水平排列。

此外，ZSH副产物的消除来自于通过DMN配体自发转化为有用的Zn-MOF。在DMNs提供的持续优化下，Zn||Zn对称电池和Zn||NVO(或MnO₂)全电池在低倍率和高倍率下均具有出色的性能，形成了一个没有副产物的{002)纹理锌电极。更重要的是，“离子载体”策略的多功能性使其有可能扩展到其他可充电金属电池中。

图2. 电池性能

MOF Nanosheets as Ion Carriers for Self-Optimized Zinc Anode, Energy & Environmental Science 2023 DOI: 10.1039/d3ee01747h

2. Energy & Environmental Science：锆离子交联水凝胶电解质操纵Zn 002沉积助力无枝晶Zn金属负极

水系锌（Zn）金属负极的实际应用受到锌表面副反应和枝晶形成的严重阻碍。

在此，东华大学武培怡教授团队设计了一种由高价Zr⁴⁺阳离子（SFPAM-Zr）交联的丝素蛋白基水凝胶电解质，用于调节高性能锌金属负极的 Zn²⁺ 沉积和成核行为。作者证明Zr⁴⁺可以增强水凝胶电解质的机械性能，实现稳定的电化学界面。

此外，Zr⁴⁺的强静电屏蔽作用可以引导Zn²⁺在Zn002平面沉积，并与SFPAM协同抵抗与水分子的副反应和抑制枝晶生长。因此，SFPAM-Zr水凝胶电解质赋予对称锌电池稳定的可逆性和57%的高放电深度（DOD）。Zn/活性炭（AC）电容器可以稳定40000次循环，容量保持率为99%，Zn/PANI电池可以在不同温度下进行长期循环。

图1. SFPAM-Zr对Zn沉积和扩散行为的机理探究

总之，该工作采用四价Zr⁴⁺离子赋予水凝胶电解质高机械和电化学性能。Zr⁴⁺与水凝胶中官能团之间的交联增强了水凝胶电解质的机械强度，并减轻了Zr⁴⁺的水解，从而实现稳定的电化学循环。此外，Zr⁴⁺在Zn金属上较低的吸附能实现了较强的静电屏蔽作用，可以抵抗水分子引起的腐蚀，并引导Zn在002面上沉积，避免副反应发生和抑制枝晶生长。因此，具有SFPAM-Zr的对称锌电池可在0.5 mA cm^-2电流密度下实现2500 h、40 mA cm^-2 电流密度下实现650 h优异循环性能。

此外，SFPAM-Zr优异的副反应抑制性能使得对称电池在5 mA cm^-2下具有57%的超高DOD，并在8 mA cm^-2下具有间歇搁置的稳定循环。SFPAM-Zr还赋予Zn/AC电容器40000次循环后容量保持率为99%的高容量，以及Zn/PANI电池在室温和-30℃下具有稳定循环的能力。因此，该工作证明通过高价阳离子设计水凝胶电解质的策略可以加速高性能水系锌基器件的实际应用。

图2. 全电池和电容器的电化学性能

Manipulating Zn 002 deposition plane with zirconium ion crosslinked hydrogel electrolyte toward dendrite free Zn metal anodes, Energy & Environmental Science 2023 DOI: 10.1039/d3ee02114a

3. Angewandte Chemie International Edition：高浓度水电解质中钾插入材料析氢和固体电解质相间发展的原位观察

固体电解质界面（SEI）是稳定、高压锂离子电池（LIBs）的关键，是防止电解质分解的保护屏障。SEI被认为在新兴的水性电池的高浓度盐包水电解质（WISE）中发挥着类似的作用，但其性质仍然未知。

在此，东京理工大学Shinichi Komaba团队利用先进的扫描电化学显微镜（SECM）和操作电化学质谱（OEMS）技术来深入探究高浓度WISE中SEI的生成。该工作首次展示出明显的钝化结构，其表观电子转移速率与LIBs中发现的SEI相似。

原位分析表明，当PTCDI阶跃至低电位（相对于Ag/AgCl，约-1.3V）时，钝化结构稳定。然而，观察到的SEI在表面是不连续的，并且随着电极达到更极端的电势而发生H₂析出。OEMS测量进一步证实，当从稀电解质变为浓电解质时，可检测的H₂相对于Ag/AgCl从-0.9 V转变为<-1.4 V。

图1. PTCDI电极在55 mol/kg K (FSA)_0.6(0Tf)_0.4电解质中的循环行为和电化学阻抗谱

总之，该工作通过基于 SECM 和 OEMS 的先进分析方法揭示了高浓度WISE K(FSA)_0.6(0Tf)_0.4·1H₂O 中 SEI形成的关键细节。与之前 WISE 中的SECM 结果相比，作者发现 PTCDI 的 SEI 形成过程本质上是显着钝化的。此外，循环后的 SECM 分析显示，钝化结构似乎不完整且含有孔洞。使用 SECM 进行的原位分析显示，当 PTCDI 电极达到相对于 Ag/AgCI 的电位 -1.3 V 时，表面上仍保留有钝化结构。因此，SEI 的形成发生在更正的电位下有利于 H₂ 的析出，但是当电极被扫到更极端的负电位时，所研究的 SEI 不能阻止 H₂ 的析出。总而言之，该项工作将鼓励更多科研人员进一步探索SECM和OEMS作为先进的表征方法，并将其与传统电池测量相结合，提供更深入的见解。

图2. WISE电解质的在线电化学质谱

In-situ Observation of Evolving H₂ and Solid Electrolyte Interphase Development at Potassium Insertion Materials within Highly Concentrated Aqueous Electrolytes, Angewandte Chemie International Edition 2023 DOI: 10.1002/anie.202307446

4. Advanced Energy Materials：多齿螯合可在水系全锰离子电池的聚酰亚胺共价有机框架中高效存储Mn²⁺

水系二价锰离子(Mn²⁺)已成为开发多价离子可充电电池的有希望的候选者。

在此，中国科学院物理研究所松山湖材料实验室王文龙研究员团队基于对Mn²⁺配位化学的理解证明了多齿螯合策略可在聚酰亚胺共价有机骨架(PI-COF)负极中实现高效存储Mn²⁺。与其他多价阳离子相比，Mn²⁺可以与两个相邻的烯醇化羰基和三嗪环键合，在带电PI-COF晶格中形成新型多齿螯合构型。因此，在0.2 A g^-1下，Mn²⁺存储容量为120 mAh g^-1，PI-COF可以实现出色的循环稳定性。

非原位表征和第一原理计算进一步确定了多齿Mn²⁺配位的发生及其在稳定烯醇化PI-COF中间体中的关键作用。此外，作者通过将PI-COF/Mn²⁺负极与基于MnO₂/Mn²⁺转化反应的高压正极耦合的全锰离子原型电池在0.2 A g^-1的电流密度下表现出1.28 V的稳定放电平台和115 mAh g^-1的超高容量。

图1. PI-COF在2.0MMnSO₄电解液中的电化学性能

总之，该工作强调了两个主要发现。首先，实验和理论研究的结合证明了Mn²⁺离子的多齿螯合在柔性PI-COF主体材料中实现高效且可逆的Mn²⁺存储。其次，将多齿螯合PI-COF/Mn²⁺负极与MnO₂/Mn²⁺正极组装的全锰离子水系电池代表了水系多价离子电池领域的重大进步。

这种Mn²⁺介导的新型水系可充电电池在0.2 A g^-1的电流密度下具有超高的容量（115 mAh g^-1）和约1.28 V的稳定放电平台，并且在长循环期间具有出色的容量保持能力。除了Mn²⁺之外，这种概念上的新策略也可能普遍适用于其他多价离子，启发有机电极材料的合理分子工程并最大化多价离子电池的储能效率。

图2. 电池性能

Multidentate Chelation Enables High-Efficiency Mn²⁺ Storage in Polyimide Covalent Organic Framework for Aqueous All Mn-Ion Battery, Advanced Energy Materials 2023 DOI: 10.1002/aenm.202301631

5. Advanced Energy Materials：通过三合一策略将降解的 LiCoO₂ 正极用于高性能锂离子电池

面对即将到来的退役锂离子电池（LIB）大潮，当务之急是探索有效的再生和升级回收策略，以缓解资源短缺、解决环境污染、满足对高能量密度正极材料的需求。

在此，中国科学院合肥物质科学研究院张云霞教授，湖州师范学院韩苗苗教授等人提出了一种简便的、非建设性的、一石三鸟的固相烧结策略来再生降解的LiCoO₂（D-LCO）正极，甚至提升其在高电压下的稳定性。其中三只鸟，即为Co位添加锂、Li₂SO₄涂层中掺Mn，而在Li-O中掺杂N、S；一石即为一锅固相烧结。

得益于这些良好的特性，升级后的正极不仅在0.2 C下具有高达188.2 mAh g⁻¹的放电比容量，而且具有优异的循环性能，在0.5 C下100次循环后容量保持率为92.5%(300次循环后容量保持率为86.4%)，在4.5V的高截止电压下具有优异的倍率性能，优于商用正极。

图1. MNS-LCO正极的电池性能

总之，该工作提出了一种无损一锅法，可以将D-LCO直接转化为具有高能量密度的升级MNS-LCO正极材料，具有易于规模化的潜力。基于所开发的三合一固相烧结策略，可以有效恢复D-LCO的成分和晶体结构，其中Li₂SO₄的原位表面涂覆和Mn掺杂到Co位点以及N、S掺杂到Li-O中同时实现。这些协同作用有效地减少了氧的逸出，抑制了有害的相变，稳定了重建的LCO的层状结构。

结果表明，循环后的MNS-LCO正极材料具有优异的电化学性能，包括高比放电容量、优异的倍率性能以及在4.5V高截止电压下的循环稳定性，优于D-LCO和商用的LCO。因此，这一策略不仅为D-LCO的回收和向高压LCO的升级提供了一个有前途的解决方案，而且还可以推广到其他降解的正极材料，这将极大地促进废LIBs回收产业的可持续发展。

图2. 材料优化后的结构表征

Upcycling of Degraded LiCoO2 Cathodes into High-Performance Lithium-Ion Batteries via a Three-In-One Strategy, Advanced Energy Materials 2023 DOI: 10.1002/aenm.202302058

6. Advanced Energy Materials:低压条件下全固态电池加速退化的新思考

硫化物基全固态电池 (ASSB) 是解决储能系统安全问题的新一代电池。通过使用定制的电池提供持续的外部压力，精心设计的亲密接触，是克服与界面问题相关的化学机械失效的一种方法; 然而，这不是一个实用的方法。

在此，韩国科学技术院Hun-Gi Jung，世宗大学Seung-Taek Myung等人采用经典的纽扣电池在低压（约0.3 MPa）下对ASSB进行了评估，并证实正极失效是比界面接触损耗更影响容量保持率的因素。

此外，作者通过使用锂同位素（⁶Li）的飞行时间二次离子质谱检测得到，硫化物沿着正极的晶界注入，通过捕获活性锂，导致正极活性材料中的锂逐渐降低。

图1. 锂同位素（TOFSIMS）检测

总之，该工作通过X射线衍射(XRD)、能谱分析(EIS)、X射线能谱分析(XPS)和截面扫描电镜(SEM)对循环前后的样品进行了物理和化学反应分析，证实复合正极底部的失效比顶部的失效更严重，表明正极内存在不均匀反应。此外，可以通过密集的CAM分析确定S注入到正极初级粒子的晶界。注入的S倾向于与Li结合，形成电中性和热力学稳定的形式。利用锂同位素证实，主要与注入的S结合的Li源来自于Li(de)插层的层状正极。

在缺锂条件下，由于锂离子绝对量的减少，促进了正极的相变，从而缓解了结构不稳定性。由于这些复杂的因素，正极结构变得不稳定，发生相变，导致ASSB容量下降。因此，这种现象可以通过用EP电池抑制接触损耗来缓解。然而，在ASSB商业化之前，有必要了解和解决其低压运行中出现的问题。

图2. 硫化物基ASSB正极降解加速因子总结

New Consideration of Degradation Accelerating of All-Solid-State Batteries under a Low-Pressure Condition, Advanced Energy Materials 2023 DOI: 10.1002/aenm.202301220

7. Advanced Energy Materials：N的梯度浓度补充可稳定氧空位以增强Zn²⁺存储

在水系锌离子电池(ZIB)正极中引入氧空位可以显著改善Zn²⁺的扩散动力学，从而增强电化学性能。然而，水性电解质循环过程中电池中氧空位的稳定性却被忽视。

在此，哈尔滨工业大学张乃庆教授、赵光宇副教授&湘潭大学吕蓬勃副教授团队通过不同杂质原子的重新填充来稳定氧空位，并且N的梯度浓度重新填充以最小的形成能(4.77eV)实现了氧空位的最稳定状态。所得Zn₃V₂O₇(OH)₂·2H₂O通过梯度N补充部分氧空位(N-VO-ZVO)实现了更稳定的氧空位和低Zn²⁺扩散能垒(0.19 eV)，在100 A g^-1下具有186 mAh g^-1的超高倍率性能，10000次循环后容量保持率为84.9%。

图1. VO-ZVO 循环前后的结构表征

总之，DFT计算结果表明N原子的重新填充(与P和S原子相比)可以降低氧空位的形成能(4.77 eV vs 5.69和5.55 eV)，从而产生更稳定的氧空位。作者通过电化学原位转换方法获得了具有梯度浓度的N重新填充到氧空位的N-VO-ZVO正极。得益于N的梯度浓度，N-VO-ZVO补充表现出增强的氧空位稳定性，具有最小的氧空位形成能(4.77 eV)，实现10000次循环后的容量保持率为84.9%。

此外，Zn²⁺扩散的低能垒(0.19 eV)增强了Zn²⁺扩散动力学，从而实现了N-VO-ZVO的超高倍率性能(100 A g^-1时为186 mAh g^-1)。因此，精确设计合理的正极结构对于实现增强的离子扩散动力学和长循环稳定性至关重要。

图2. N-V_O-ZVO和V_O-ZVO的电化学性能

Gradient Concentration Refilling of N Stabilizes Oxygen Vacancies for Enhanced Zn2+ Storage, Advanced Energy Materials 2023 DOI: 10.1002/aenm.202301730

8. ACS Energy Letters：通过碘限制策略提高钙钛矿太阳电池的稳定性

限制钙钛矿太阳能电池稳定性的一大挑战是钙钛矿中产生的碘物质往往会扩散并从钙钛矿太阳能电池中逸出，加速钙钛矿分解并破坏其他功能层。

在此，华东师范大学李晓冬&方俊锋团队提出了一种碘限制策略，通过将聚（2-乙烯基吡啶）（P2VP）掺入钙钛矿薄膜中来制造稳定的钙钛矿太阳能电池。P2VP可以有效地与钙钛矿分解的碘产物结合，抑制其在钙钛矿太阳能电池中的扩散和挥发，从而抑制钙钛矿分解和器件退化。

所得到的器件在反式钙钛矿太阳能电池中表现出22.97%的效率和良好的稳定性，在85 °C 750小时后保留了90.9%的初始效率。此外，运行稳定性也大大提高，MPP跟踪1000小时后仍保留初始效率的90.0%。

图1. 碘在钙矿中的限制图和P2VP的化学结构

总之，该工作提出了一种碘限制策略，通过在钙钛矿薄膜中引入P2VP来提高PSCs的性能和稳定性。P2VP能钝化钙钛矿缺陷，使PSCs的效率达到22.97%。重要的是，P2VP与碘之间的强结合可以提高碘产物在钙钛矿层中的挥发温度，从70℃到120℃，从而抑制了器件老化过程中钙钛矿的分解反应。

此外，也可以有效防止电极与挥发I₂反应引起的电极腐蚀，进一步提高器件的稳定性。带P2VP的PSCs在连续光照下跟踪MPP 1000小时，无论在85℃老化7S0 小时后，都能保持约90%的初始效率。

图2. 稳定性测试

Enhancing the Stability of Perovskite Solar Cells through an Iodine Confining Strategy, ACS Energy Letters 2023 DOI: 10.1021/acsenergylett.3c01330