1. Energy & Environmental Science：不锈钢纽扣电池在水系锌电池研究中的陷阱

水系锌电池是一种低成本、高效率的能源设备。在实验室规模的水系锌电池研究中，不锈钢（SS）纽扣电池因其简单灵活而被广泛用于评估其电化学性能。

在此，南京大学周豪慎、筑波大学杨慧军等团队揭示了SS纽扣电池材料中析氢反应（HER）以及绝缘层状双氢氧化物（LDH）的积累。为了减轻其不利影响，作者采用钛（Ti）板作为隔膜，它具有抑制析氢反应的能力，并可作为屏障防止电解质与 SS 材料直接接触。事实证明，在对照组中引入钛隔膜后，锌负极的寿命明显延长了十倍以上。

图1. 纽扣电池的SS材料触发HER

总之，该工作重点突出两大主题：首先强调了水系锌电池研究中纽扣电池常用的SS材料中存在的严重 HER 问题；其次提出了解决这一问题的简单而有效的方法，即使用钛隔膜来防止电解质与 SS 材料之间的过度接触。准确解释电化学结果对于推进该领域的研究至关重要。水系电解质与 SS 材料之间的严重相互作用可能在决定锌电池稳定性方面起着至关重要的作用。本研究展示了一个简单而有效的例子，即使用钛垫片阻隔钮扣电池中电解液与 SS 材料之间的过度接触。

为了保证对水系锌电池领域的电化学研究结果进行细致的解释，该工作提出以下指导原则：i) 在水系电解质中谨慎使用 SS 材料，因为它们可能引发严重的 HER。考虑到封装不锈钢电池结构的便利性及其低廉的生产成本，建议在一般研究中使用钛垫片，以尽可能减少电解质与 SS 外壳的接触；ii) 减少电解液的使用量，确保电解液只被隔膜吸收，同时避免电解液与 SS 外壳过多接触；iii) 更有效的解决方案是使用钛溅射定制 SS 纽扣电池，这种电池既保留了 SS 纽扣电池的优点，又完全缓解了 SS 组件产生的 HER。

图2. 使用钛隔膜的 Zn 电池的电化学性能

The pitfall of using stainless steel (SS) coin cell in aqueous zinc battery research, Energy & Environmental Science 2023 DOI: 10.1039/d3ee01678a

2. Advanced Materials：2D-层状Bi到准1D-结构NiBi₃：结构维度降低，提高钠/钾离子储存性能

铋（Bi）具有分层结构和半金属导电性，作为Na/K离子电池的合金类负极材料（385 mAh g⁻¹），由于其较大的体积容量（基于Na₃Bi为1088 mAh cm⁻³，基于六方K₃Bi为737 mAh cm⁻³）和低氧化还原电位（~0.55 V vs. Na⁺/Na，~0.48 V vs. K⁺/K），已经得到广泛研究。然而，由于Na离子和K离子的较大离子半径，Bi负极在循环过程中会发生较大的体积变化，导致材料粉化和电极与电解质之间持续的副反应。此外，Bi负极的皱褶层状结构和半金属导电性限制了电子传递和Na/K离子扩散。因此，缓冲Bi负极的大体积膨胀，提高电子传导性和Na/K离子扩散性对于增强电化学性能至关重要。

在此，阿德莱德大学郭再萍教授、广东工业大学孙志鹏教授等人提出并发展了一种结构维度减少策略，通过将二维分层结构的Bi转化为具有增强反应动力学和可逆性的准一维结构NiBi₃用于Na/K离子存储，以实现其高倍率和稳定循环性能。

研究发现，具有低形成能、金属导电性和三维Na/K离子扩散途径的准一维金属间化合物NiBi₃，在经过15000次循环后，Na离子存储具有出色的容量保持率达到94.1％（332 mAh g⁻¹），而在K离子存储中该材料表现出93.4％的首次库仑效率（ICE），其容量保持率也得到显著提升。

图1. NiBi₃结构表征

总之，该工作通过将层状Bi和Ni结合起来，成功合成了准一维结构的NiBi₃，以开发用于钠/钾离子储存的新型负极材料。由于准一维结构的优越性，NiBi₃具有金属导电性和三维的钠/钾离子扩散通道。在作为钠/钾离子储存的阳极材料时，NiBi₃负极在15000次循环后，钠储存的容量保持率为94.1%，钾储存的初始库仑效率为93.4%。

非原位XRD分析揭示了NiBi₃在钠储存中经历了一个对称的反应机制，NiBi₃⇌Ni + NaBi + Na₃Bi，而在钾储存中则经历了一个非对称的反应机制，NiBi₃→ Ni + K₃Bi → Ni + KBi₂→ NiBi₃。这两种反应由于NiBi₃的低形成能而具有很高的可逆性。此外，非原位SEM研究表明，NiBi₃电极在循环过程中可以自发地转变为纳米多孔结构，有助于容纳体积膨胀并缩短钠离子的传输路径。这项研究为设计新型钠/钾离子电池的负极材料提供了一种新策略。

图2. NiBi₃负极在钾离子电池中的电化学性能

2D-Layer-Structure Bi To Quasi-1D-Structure NiBi3: Structural Dimensionality Reduction to Superior Sodium and Potassium Ion Storage, Advanced Materials 2023 DOI: 10.1002/adma.202305551

3. Advanced Functional Materials：通过Kevlar芳纶纳米纤维保护涂层稳定固态电池中的 Li_1.3Al_0.3Ti_1.7(PO₄)₃|Li 金属负极界面

Li_1.3Al_0.3Ti_1.7(PO₄)₃ (LATP)固态电解质由于其具有较高的室温锂离子电导率、空气稳定性和经济性而引起了人们的广泛关注。然而，LATP 在下一代锂金属固态电池（SSB）中的实际应用因其与锂金属的高度不相容性而受到阻碍。

在此，清华大学王海辉教授，华南理工大学王素清研究员等人将凯芙拉芳纶纳米纤维（KANF）膜与通过原位聚合形成的固化电解质（SE）相结合构建LATP的SE@KANF保护层。该保护层不仅可以有效防止锂金属还原LATP，而且可以提供紧密的界面接触并限制不必要的电子传输。

结果显示采用SE@KANF层的锂对称电池可实现1.4 mA cm⁻²的超高临界电流密度，并在0.2 mA cm⁻²下稳定循环超过2000小时。此外，与磷酸铁锂正极匹配的全电池在 30 °C、0.1 C 条件下循环 180 次后，容量保持率达到 95%。

图1. SE@KANF-LATP的形貌结构表征

总之，该工作通过构建SE@KANF作为SSE|Li界面缓冲层，提出了一种稳定LATP|Li界面的简单有效的策略。SE@KANF层阻止了锂金属负极对LATP的还原，并为离子传输建立了一条连贯路径。除此之外，SE@KANF层保持较低的界面电子电导率，这有效地抑制了LATP内部的锂枝晶生长，有助于对称电池中实现 1.4 mA cm^-2 的超高 CCD 和 0.2 mA cm^-2 下 2000 小时以上的稳定循环。

此外，Li|SE@KANF-LATP|LFP SSB的首次放电比容量为159mAh g^-1，在30℃、0.1C下循环180次后可逆容量为95%。因此，该工作提出了一种提高 LATP|Li 界面兼容性的可靠策略，并为对锂金属负极不稳定的SSE的应用提供了新的机会。

图2. Li|SE@KANF-LATP|LFP电池的电化学性能

Stabilizing Li_1.3Al_0.3Ti_1.7(PO₄)₃|Li Metal Anode Interface in Solid-State Batteries by Kevlar Aramid Nanofiber-Based Protective Coating, Advanced Functional Materials 2023 DOI: 10.1002/adfm.202306748

4. Angewandte Chemie International Edition：共组装 MnZnCuOx 和多金属氧酸盐簇的混合亚1 nm纳米片作为锂离子电池的负极

锂离子电池(LIB)中过渡金属氧化物(TMO)负极材料通常会发生严重的体积膨胀，导致结构的粉化，进而导致比容量降低和循环稳定性变差。

在此，清华大学王训教授，北京航空航天大学刘俊利教授等人成功地实现了MnZnCuOx(MZC)-磷钼酸(PMA)杂化亚1 nm纳米片(MZC-PMA HSNSs)的制备。分子动力学(MD)模拟表明，在静电相互作用(COUL)和范德华相互作用(LJ)的驱动下，PMA团簇与MZC相互作用形成稳定的二维HSNSs。由于MZC-PMA HSNSs特殊的二维亚1 nm结构，以及多组分的协同效应和多组分的快速迁移，使得MZC-PMA HSNSs作为LiBs中的新型负极表现出了优异的电化学性能。

图1. MZC-PMA HSNSs的MD模拟

总之，该工作通过将PMA簇引入MZC并精确控制PMA的量，成功构建了新型稳定的2D MZC-PMA HSNS。MD模拟揭示了MZC-PMA HSNS的形成机制，其中PMA簇与MZC共同组装，并最终在多个组件之间的COUL和LJ相互作用驱动下生长成2D HSNS。重要的是，通过DFT计算验证，引入具有富电子特性的PMA可以显着增加锂离子的吸附能（-3.04 eV）。

得益于这种独特的结构，MZC-PMA HSNS作为负极材料具有极大的优势，在100 mA g^-1下循环100次后，其可逆比容量达到1157 mAh g^-1；在1 A g⁻¹下循环700次后，长期循环寿命达到592 mA g⁻¹。因此，该项工作为合理设计具有亚1纳米结构的多组分金属氧化物基功能材料作为下一代高性能锂离子电池负极材料提供了新的见解。

图2. MZC-PMA HSNS的电池性能

Hybrid Sub-1 nm Nanosheets of Co-assembled MnZnCuOx and Polyoxometalate Clusters as Anodes for Li-ion Batteries, Angewandte Chemie International Edition 2023 DOI: 10.1002/anie.202309934

5. Nature Communications：高电压高能无膜非水锂基有机氧化还原液流电池的开发

锂基非水氧化还原液流电池（LRFB）具有更高的工作电压和理论能量密度，有望成为传统水性氧化还原液流电池的替代系统。然而，离子选择性膜的使用限制了LRFB的大规模适用性。

在此，美国辛辛那提大学蒋建兵教授团队报告了一种基于全有机双相体系的高压无膜LRFBs，采用Li金属负极和2,4,6-三-(1-环己基氧基-4-亚氨基-2,2,6,6-四甲基哌啶)-1,3,5-三嗪(三TEMPO)、正丙基吩噻嗪(C3-PTZ)和三(二烷基氨基)环丙烯(CP)正极。在静态条件下含0.5 M氧化还原活性物质的Li||Tri-TEMPO, Li||C3-PTZ以及Li||CP电池，在电流密度为1 mA/cm²、温度为27℃、55天内循环100次，容量保持率分别为98%、98%和92%。

Li||Tri-TEMPO (0.5 M)电池的初始平均放电电压为3.45 V，能量密度约为33 Wh/L。在电流密度为1.5 mA/cm²、温度为27℃的情况下，该电池在45天内100次循环的容量为81%，平均库仑效率为96%，能源效率为82%。

图1. 有机氧化还原物质的化学式与氧化还原电压

总之，该工作报道了一种具有高电压和高能量密度的非水双相无膜锂基氧化还原液流电池。基于盐析效应，使用离子液体（BMP-TFSI）和有机碳酸酯（FEC）作为电解质开发了非水双相体系。作者在分析了11种有机氧化还原活性化合物后，选择了三种氧化还原活性正极材料，即Tri-TEMPO、C3-PTZ和CP。最初，0.1 M和0.2 M Li||Tri-TEMPO静态双相无膜电池进行100次充放电循环，容量保持率分别为99.87%和99.91%。0.1 M 和 0.2 M Li||Tri-TEMPO 双相电池的能量密度分别约为 7.2 和 16.6 Wh/L。

为了提高能量密度，作者组装了 0.5 M Li||Tri-TEMPO 无膜静态电池并进行了 100 次循环。它的容量保持率约为98%，CE为96%，能量密度为34 Wh/L。为了确认所提出的双相系统的多功能性，在静态条件下在无膜电池中测试了另外两种氧化还原活性材料，即 C3-PTZ 和 CP。0.5 M Li||C3-PTZ 和 0.5 M Li||CP 双相静态电池的放电电压分别为 3.42 和 3.94 V，高于之前报道的双相无膜电池系统。

最终，作者提出在未来的工作中，可以实施几种策略来改善系统的动力学和整体性能，具体为：（1）优化电池内的流速以增强传质动力学;（2）选择合适的支持电解质（盐），以提高电解质的电导率以调节整体电池动力学；（3）针对静态和流动条件实施先进的电池设计，以减少正极电极的死体积，以提高容量利用率以及（4）在流动条件下减轻正极材料在液/液界面处从正极电解液到负极电解液的交叉，以进一步提高库仑效率。

图2. 0.5 M Li||Tri-TEMPO 基无膜非水双相液流电池 (NBFB) 的性能

Development of high-voltage and high-energy membrane-free nonaqueous lithium-based organic redox flow batteries, Nature Communications 2023 DOI:10.1038/s41467-023-40374-y

6. ACS Energy Letters：快速原位交联聚环氧丁烷电解质界面实现卤化物基全固态锂金属电池

基于卤化物的固态卤化物电解质（SSE）具有超离子导电性、与高压正极直接兼容以及可规模化生产等特点被视为下一代全固态电池的理想候选材料。然而，卤化物 SSE 与锂金属负极之间的不兼容性仍然是实现高能量密度的主要挑战。

在此，加拿大西安大略大学孙学良&国联汽车动力电池研究院王建涛团队通过快速原位交联聚氧化丁烯电解质界面实现了基于卤化物的全固态锂金属电池。具体而言，作者展示了在超离子 Li₃InCl₆ SSE 上的薄交联聚（环氧丁烯）固体聚合物电解质（xPBO SPE）夹层，以实现锂金属兼容。该工作通过 0.5 秒脉冲三甲基铝蒸汽与聚（环氧丁烯）羟基末端基团之间的反应，开发出一种快速、无溶剂的原位交联工艺。

图1. PBO SPE 在卤化物 SSE 表面的快速原位交联过程

总之，该工作展示了一种新颖有效的方法，即通过 TMA 蒸汽瞬间处理来制造薄的原位交联 xPBO SPE 中间膜。这种快速、无溶剂、彻底的交联工艺可适应大规模生产。Al-O交联化学不仅增强了 xPBO SPE 的机械性能，还消耗了 PBO 中不稳定的羟基端，而不会影响 xPBO SPE 中的锂离子溶解。

因此，锂-锂对称电池表现出高度稳定的沉积/剥离循环性能；基于钴酸锂、xPBO-SPE@Li₃InCl₆ 和锂金属负极的 ASSLMB 表现出稳定的循环性能和良好的速率能力。由于 xPBO SPE 界面确保了Li₃InCl₆ 对锂金属的兼容性，因此这种简便的保护策略应适用于还原起始电位较低的其他卤化物超离子 SSE，以及与锂金属不兼容且对水/有机溶剂敏感的其他类型 SSE，如硫化物 SSE。

除 TMA 外，其他金属有机化合物，如二乙基锌、四叔丁氧化锆、四(二甲基氨基)钛、四(二甲基氨基)铪和四(乙基甲基氨基)钒也可单独或组合用作SPE的 Zn^–、Zr^–、Ti^–、Hf^– 和 V^–交联剂。这种新型快速交联策略还将为混合SPE的制备和ASSLMB 带来更多可能性。

图2. LiCoO₂-Li₃InCl₆|Li₃InCl₆|xPBO SPE|Li 的 ASSLMB 的电化学性能

Rapidly In Situ Cross-Linked Poly(butylene oxide) Electrolyte Interface Enabling Halide-Based All-Solid-State Lithium Metal Batteries, ACS Energy Letters 2023 DOI: 10.1021/acsenergylett.3c01157

7. Angewandte Chemie International Edition：低成本且不易燃的共晶电解质用于先进 Zn-I₂电池

共晶电解液作为一种新兴电解液体系，在能源储存领域受到广泛关注。然而，迄今为止，所有报道的锌电池中使用的共晶电解液都基于ZnCl₂、Zn(CF₃SO₃)₂、Zn(TFSI)₂等盐类，而非ZnSO₄·7H₂O。然而，这些电解液存在严重的安全隐患和高昂的价格。因此，开发一种高度安全且经济实惠的共晶电解液变得尤为迫切。

在此，阿德莱德大学乔世璋院士团队基于之前的工作进一步探究了ZnSO₄·7H₂O晶体在不同溶剂下的溶解度。结果表明ZnSO₄·7H₂O晶体在多元醇中，如乙二醇(EG)、丙二醇(PG)和甘油，溶解度很高。在乙二醇中，ZnSO₄·7H₂O晶体的溶解度(~4.5m)竟然高于纯水溶剂 (~3.5m)。

研究表明ZnSO₄·7H₂O晶体可以与多元醇形成共晶电解液。以ZnSO₄·7H₂O晶体和丙二醇(PG)的水合共晶电解液(简称HEE)为例，通过运用分子动力学模拟和密度泛函理论计算，揭示了多元醇与锌之间的溶剂化机制。相对于纯水系ZnSO₄电解液，HEE具有更低的I^–离子溶解度，有效地遏制了电池运行过程中I₃^–和I₅^–的产生。

图1. ZnSO₄基HEE

总之，该工作报道的丙二醇基水合物的共晶电解质，具有显著的防火性能和非常低的价格，价格达到ZnCl₂/Zn(CF₃SO₃)₂/Zn(TFSI)₂的<1/200。此外，HEE可以推迟氢析出反应的启动电位，并显著抑制枝晶的生长，确保了锌负极可达到99.9%的高库仑效率(CE)，并且具备超过2000小时的循环寿命。在极端低温条件下(-30°C)，HEE电解液仍然能够保持超过1000个循环，同时展现出优异的抗冻性能。

值得注意的是，与传统的水/有机混合电解液不同，HEE电解液由于多元醇的高溶剂化能力，具备了非易燃的特性，从而保障了锌电池的使用安全。这种新型电解液的卓越特性不仅使得锌-碘电池在严苛的工作环境下具有潜力，还使其在大规模应用方面更加切实可行，例如用于具备33.3 mg cm⁻²高负载的软包电池500次循环后的容量仍高达96.7 %，比其他溶液电池的性能更好。因此，该项工作显著拓宽了共晶电解质的种类，有助于设计新型Zn电池。

图2. 全电池表征

Low-cost and Non-flammable Eutectic Electrolytes for Advanced Zn–I2 Batteries, Angewandte Chemie International Edition 2023 DOI: 10.1002/anie.202310284

8. PNAS：结晶氮化碳隔膜用于高性能锂金属电池

锂金属电池被认为是新一代储能系统极具前景的候选者，而不稳定负极导致的循环稳定性差则极大地限制了其实际应用。尽管隔膜改性策略取得了进展，但对固有材料调控枝晶生长动力学仍缺乏深入理解，这对于实现负极的高稳定性至关重要。

在此，东北大学李犁教授团队通过使用高结晶度的氮化碳作为隔膜中间层来抑制锂枝晶生长。有趣的是，熔盐处理产生的高含量呲咯N以及高结晶度的结构增强了氮化碳与Li的相互作用，并均匀化了锂离子通量，从而实现了锂均匀沉积。因此，具有改性隔膜的电池即使在3000小时后仍具有超高的稳定性。同时，组装的Li-LiFePO₄全电池也呈现出高容量的保持性。

图2. 电池性能

总之，该工作将高度结晶的 C₃N₄ 同素异形体 PTI用于隔膜改性，以保护 锂金属负极。与原始PP和常见的聚合物C₃N₄相关隔膜相比，PTI-PP由于具有亲锂Cl嵌入和丰富的PTI结晶度，有效调节Li⁺的分布以形成均匀的离子通量并稳定锂负极/电解质界面。

研究结果显示，改性隔膜组装的Li-Li电池可以在2 mA cm⁻²、1 mAh cm⁻²和5 mA cm⁻²、5 mAh cm⁻²下稳定循环超过3,000小时和2,400小时。PP-PTI 隔膜组装的 LiFePO₄//Li 全电池表现出优异的倍率性能，在 5 C 下提供 122.5 mAh g⁻¹，并且具有出色的稳定性，300 次循环后容量保持率为 87.04%。这项工作为基于结晶工程的锂金属负极保护提供了策略，拓宽了C₃N₄材料在先进储能领域的应用。

图2. 全电池性能

A crystalline carbon nitride–based separator for high-performance lithium metal batteries, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 2023 DOI: 10.1073/pnas.2302375120