1. JACS：具有高度解离阴离子通道的层状离子烯为阳离子运输提供了较低的屏障

固体聚合物电解质有潜力实现更安全、能量密度更高的电池;然而，要实现这一目标，还需要更深入地了解它们的离子传导机制，以及如何通过分子设计来优化它们。

在此，麻省理工学院Jeremiah A. Johnson、Yang Shao-Horn等人研究了阴离子解离能对固体聚合物电解质中离子传导的影响，通过使用无环二烯(ADMET)聚合制备了一类新型离子烯，高度解离的液晶氟化芳酰磺酰亚胺标记(“快速”)阴离子单体。这些离子烯与不同的阳离子(Li⁺， Na⁺， K⁺和Cs⁺)形成有序的片层，其热稳定性可达180°C，并具有与阳离子大小相关的畴间距，提供了与解离性FAST阴离子通道。

此外，通过电化学阻抗谱 (EIS) 和差示扫描量热法 (DSC) 实验以及微动弹性带 (NEB) 计算表明，这些材料中的阳离子运动通过离子跳跃机制进行。此外，在这些材料中添加阳离子配位溶剂可以使离子电导率提高＞1000倍。这项工作表明，分子设计可以促进解离性阴离子通道的可控形成，从而显著增强离子传导。

图1. 具有各种阳离子（M）的 pFAST-C20-M 聚合物的固态结构和热表征

具体而言，该工作利用高度解离、易于SNAr功能化，并能够在固态下形成通道结构的对称FAST-C阴离子生成用于ADMET聚合的新型二烯单体FAST-C20。FAST-C20表现出高度的自组装倾向，形成多种不同的热响应液晶相。聚合后，所得离子烯“pFAST-C20-M”形成高度有序的层状材料。

由于其有序结构和解离阴离子，pFAST-C20-M聚合物显示出最高的总体离子电导率和最低的离子传导活化能。总之该工作表明阴离子分子设计可以调整阴离子跳跃位点之间的连接性和距离，以进一步提高固态聚合物电解质离子电导率并降低活化能。

图2. pFAST-C20-M离子烯的离子电导率

Lamellar Ionenes with Highly Dissociative, Anionic Channels Provide Lower Barriers for Cation Transport, Journal of the American Chemical Society 2023 DOI:10.1021/jacs.3c05053

2. Advanced Materials：超高面容量、高度可逆且无枝晶的水系镍金属负极

Ni具有-0.25 V vs. SHE的氧化还原电位，8136 mAh cm^-3的理论体积容量以及高达913 mAh g^-1的理论质量比容量。这些具有吸引力的电化学性能结合金属Ni展现出的无枝晶特性，使得Ni成为水系电解液金属负极的理想候选者之一。然而，与工业上成熟的电镀Ni技术相比，金属Ni的可逆沉积溶解目前鲜有报道。这主要是由于缺乏有效的水系电解液所致。因此，对水系Ni金属负极的可逆电镀/剥离进行系统研究非常重要。

在此，中国科学技术大学陈维课题组联合杨金龙院士和李星星课题组探究了不同阴离子对于水系电解液中金属Ni沉积与溶解的影响。实验结果和理论计算表明，氯离子能够抑制和破坏金属Ni表面Ni(OH)₂钝化层的形成，从而实现超高面容量、高度可逆且无枝晶的镍金属电极。

图1. 在NiCl₂电解液中Ni负极超高面容量的电化学性能

具体而言，该工作通过电解质调节实现了过渡金属Ni的超高容量、无枝晶和高度可逆的沉积溶解。证明Cl^–可以抑制和破坏Ni沉积过程中Ni(OH)₂钝化层的产生，进而促进镍的完全剥离。并且在NiCl₂电解液中，对金属Ni的电化学性能进行了系统研究。在半电池中，水系Ni金属负极能在低面容量下实现15000次的循环寿命，并可以实现1000 mAh cm^-2的超高面容量，超过目前所报道的金属负极大约两个数量级。

作为概念验证，水系Ni金属负极也已应用于各种全电池体系中。然而，水系Ni金属负极仍面临过电位较高，低电流密度下库伦效率较低，镍矿资源成本波动等挑战，需要进一步关注。

图2. 基于水系Ni金属负极全电池的电化学性能

Anions Regulation Engineering Enables Highly Reversible and Dendrite-Free Nickel Metal Anode with Ultrahigh Capacities, Advanced Materials 2023 DOI: 10.1002/adma.202305368

3. Angewandte Chemie International Edition: 解锁氯基电池中硅负极的可逆氧化还原

氯(Cl)基电池，如Li/Cl₂电池，被认为是低成本、高性能的储能材料。然而，目前锂金属负极在氯基电池中的使用引起了人们对安全性、成本和生产复杂性的严重担忧。更重要的是，锂金属和氯基电解液之间的副反应需要大量锂金属，这不可避免地会降低整个电池的电化学性能。因此，为氯基电池建立新的负极化学，特别是具有电化学可逆性的负极化学是至关重要的。

在此，复旦大学彭慧胜教授，上海交通大学孙浩教授等人首次以1，2-二氯乙烷和环化聚丙烯腈为关键介质，通过有效的电解液稀释和负极/电解液界面钝化，实现了氯基电池中可逆硅的氧化还原。

图1. LSC/SOCl₂电池的初始放电性能

具体而言，该工作首次提出了在Cl基电解液中的高度可逆的Si氧化还原，这是在电解质溶剂化和负极/电解质界面钝化的协同作用下实现的。DCE和PAN被证实是硅合金在SOCl基电解质中稳定的关键介质，从而保证了Si氧化还原的可逆性。利用这一发现，该工作展示了第一个用于初级SOCl和可充电Cl电池的Si负极，与传统的Li金属电池相比，该电池具有更好的电化学性能。此外，采用低成本、高容量、高安全性的Si作为负极，DCE作为稀释剂，与传统的Li/Cl₂电池相比，成本降低了84%，这是迈向实用化的关键一步。

图2. 可充电LSC/Cl₂电池的电化学性能

Unlocking Reversible Silicon Redox for High-Performing Chlorine Batteries， Angewandte Chemie International Edition 2023 DOI: 10.1002/anie.202306789

4. Small：均衡电解液实现普鲁士类蓝似物钠离子电池超长寿命

水系钠离子电池在大规模电能存储方面具有广阔的前景，但它缺乏合适的高比容量和长循环寿命的正极。锰基普鲁士蓝类似物（PBA）（KMnHCF/NaMnHCF）具有低成本和高理论比容量的优势，但由于其间隙水失衡引起的副反应使其循环不稳定，阻碍了它们的实际应用。

在此，上海硅酸盐研究所的刘宇研究员、杨程等人通过均衡电解液的设计，实现了锰基普鲁士蓝中间隙水的补充和过量水引起的副反应之间的平衡。作为概念的证明，引入了xCS(x:比例，CS:共溶剂，如聚乙二醇和磷酸三甲酯)均衡电解液，解决普鲁士蓝循环寿命短的问题。

图1. 92PEG电解液中KMnHCF/NTP全电池的低温电化学性能

总之，该工作提出均衡电解质的策略并用于解决用于水系钠离子电池正极的锰基普鲁士类似物循环寿命短的问题。使用xCS电解液来验证这一概念。独特的电解液设计不仅能补充锰基普鲁士类似物损失的间隙水，还能避免过量水分子的攻击。借助平衡电解质，KMnHCF实现了高比容量(108 mAh g⁻¹)和无与伦比的超长循环性能(10000次循环，80%的容量保持率)，这超出了大多数钠离子电池的正极材料。

此外，由KMnHCF正极和NaTi₂(PO₄)₃负极组成的全电池显示出优异的长循环性能(70000次循环，96%的容量保持率)，并展现出良好的在低温和应用前景。此外，还通过NaMn_0.8Fe_0.2HCF(10000次循环，76%的容量保持率，运行365天)和NaMnHCF验证了均衡电解质的概念，证明了其在低成本和长寿命的锰基普鲁士类似物的普适性。

图2. 均衡电解液运用到其他锰基普鲁士蓝类似物中

Ultra-Long Cycle of Prussian Blue Analogs Achieved by Equilibrium Electrolyte for Aqueous Sodium-Ion Batteries, Small 2023 DOI: 10.1002/smll.202303896

5. ACS Energy Letters：有序锂离子传输通道协同空间限域梯度去溶剂化作用实现高性能锂金属电池

快充锂金属电池因具有高能量密度和快速充放电能力被认为是缓解电动汽车里程焦虑和充电焦虑的新一代动力电源。然而，当前快充锂金属电池的实际应用通常受到不可控的锂枝晶生长和不稳定的固态电解质界面(SEI)膜的限制。作为锂金属电池充放电过程中的关键步骤，金属锂的沉积由锂离子在负极表面的去溶剂化过程、在SEI膜中的扩散过程和在锂金属表面还原沉积的过程组成。

其中，锂离子的去溶剂化过程和在SEI膜中的扩散过程是决定锂离子传输动力学和锂金属电池快充能力的关键步骤。因此，调控锂离子在锂金属负极表面的去溶剂化过程和锂离子在SEI膜中的扩散过程是提升锂金属电池的快充能力的重要手段。

在此，山东大学李国兴教授团队报告了快速充电金属锂电池中具有梯度去溶剂化效应的有序锂离子导电界面。该工作提出了一种具有有序Li⁺传输途径的自组装相（SAI），它能为快速充电Li电池提供高Li⁺传导性和快速Li离子去溶剂化。分子间π-π堆积产生的自组装结构使 SAI 具有有序的Li⁺传输路径。SAI规则的分子堆叠和官能团的梯度分布有助于Li⁺的空间限制梯度去溶剂化。

图1. 作用机制

总之，该工作巧妙地利用了分子间的π-π相互作用，在锂金属负极的表面通过自组装的方式制备了具有有序结构的锂离子传导层。该锂离子传导层为锂离子的传输提供了直接有序的通道，通道两侧梯度分布的羟基官能团加速了锂离子的去溶剂化进程。有序锂离子传输通道协同空间限域的去溶剂化作用有效提升了锂离子的传输速度，降低了金属锂的成核电位，促进了锂离子在锂金属表面的均匀沉积。

由修饰后的锂金属负极组装的对称电池和锂金属电池均表现出显著提升的性能，尤其是在高倍率条件下，放电比容量和循环寿命都得到了有效提升。

图2. 全电池性能

Ordered Lithium-Ion Conductive Interphase with Gradient Desolvation Effects for Fast-Charging Lithium Metal Batteries, ACS Energy Letters 2023 DOI: 10.1021/acsenergylett.3c00917

6. Nano Energy：通过阴离子的空间效应和溶剂化化学微调Li⁺溶剂化结构，用于实际电解质工程

目前迫切需要能够在高压锂金属电池中稳定运行的电解质，以超过当前设备的储能极限。实用的电解质工程需要促进负极和正极兼容性，而不降低能量传输和成本效益。

在此，浙江大学涂江平教授，夏新辉研究员，Yu Zhong等人通过分析锂离子与不同阴离子之间的结合情况，以及不同阴离子的空间效应提出微调离子在传统的碳酸酯基电解质中的溶剂化结构，实现高稳定性负极。(1MLiPF6在FEC/ DMC中，体积比为1:4，表示为空白电解质)。然后，通过光谱表征和理论模拟研究了加入1molL^-1低成本的1-乙基-3-甲基咪磷酸二乙酯([Emim]DEP)，其具有相当大的空间位阻和与Li⁺的结合能。

结果表明，添加[Emim]DEP可以产生富含阴离子的溶剂化鞘，从而降低Li去溶剂化能并略微增加电解质的离子电导率。这种效应导致形成富含无机物的SEI，具有高机械强度并加速Li的界面传输提高了整体电化学性能。

图1. 加入不同添加剂后溶剂化结构的演变

总之，该工作阐明了阴离子在合理设计具有优化电解质性能的溶剂化结构中的关键作用。研究结果表明，除了精心设计溶剂分子外，改变阴离子的溶剂化化学和空间位阻为促进电解质性能提供了一种有前途的方法。

基于此，该工作提出了使用[Emim]DEP添加剂的微调策略，以优化碳酸酯类电解质的溶剂化结构，实现了优异的电化学性能。因此，这项工作为实际的电解质工程提供了指导。

图2. Li||NMC811全电池电化学性能

Fine-tuning Li+ solvation structure enabled by steric effect and solvating chemistry of the anion for practical electrolyte engineering，Nano Energy 2023 DOI: 10.1016/j.nanoen.2023.108722

7. Advanced Functional Materials：用于高性能钾金属电池的双功能电解液添加剂

钾金属电池（KMBs）与层状过渡金属氧化物作为正极材料，由于成本低、容量大被视为一种有前景的储能技术。然而，钾金属负极中不可控的枝晶生长和层状过渡金属氧化物正极对电解液的高化学反应性导致KMBs存在库仑效率低、容量衰减快和低安全性等问题。

在此，汉阳大学Yang-Kook Sun教授、Jang-Yeon Hwang教授等人提出了一种电解质工程策略，通过引入己二睛(ADN)作为分子结构中含有富电子睛基(C=N)的双功能电解质添加剂。研究表明，添加1 wt.%ADN可以改变电解质溶液的化学性质，从而提高负极-电解质和正极-电解质的界面稳定性。

在固体电解质界面层中形成C=N的亲钾化合物，可以促进钾的均匀沉积，抑制钾金属电池中枝晶生长。计算和实验结果显示，通过减轻副反应和改善的层状过渡金属氧化物正极的热稳定性可显著提高KMB的电化学性能。

图1. SEI成分分析

总之，该工作证明ADN在KMB中的双重功能，可以同时稳定电解质-正极和电解质-负极界面。研究表明能够稳定KMBs的是ADN分子结构中的C ≡ N基团。其中ADN有助于K−PF的解离，从而提高K离子的电导率。在K金属负极，SEI层中的C≡N基团促进了K的均匀传输和沉积，导致K−金属形成致密而均匀SEI。在O₃−NCCTO正极，C ≡ N和Cr⁴⁺之间的强配位可抑制副反应，从而提高了可逆Cr^3+/4+氧化还原。增强的电解质-正极界面减轻了正极材料的结构劣化，并提高了热稳定性。

因此，ADN的加入可在电解液中发挥双重添加剂的作用，显著增强KMBs的电化学性能。

图2. 全电池性能

A Dual-Functional Electrolyte Additive for High-Performance Potassium Metal Batteries， Advanced Functional Materials 2023 DOI: 10.1002/adfm.202304069

8. Energy Storage Materials：通过重新认识放电产物揭示CO₂在Li-CO₂/O₂电池中的反应机理和¹O₂抑制作用

将CO₂引入Li-O₂电池体系不仅为CO₂还原提供了另一种途径，同时也将CO₂引入下一代能源系统，这反过来也加速了锂空气电池在开放体系中的应用。然而，电池体系中产生的高反应性单线态氧（¹O₂）对有机电解质和碳正极的降解以及H₂O对锂金属负极的腐蚀等多重问题也威胁着电池循环寿命。

在此，华东师范大学胡炳文研究员、杨琦研究员团队重新认识了Li-CO₂/O₂电池中的放电/充电产物，全面分析了不同电压范围下¹O₂的产率，并探讨了引入CO₂对放电产物形态、结构和锂阳极的影响，从根本上揭示了CO₂的反应机理和¹O₂的抑制作用。

图1. Li-CO₂/O₂电池中CO₂的反应机理

具体而言，在Li-O₂电池中引入CO₂可以明显提高电池的放电容量和循环稳定性，尤其是30%的CO₂。通过对放电产物的形貌、结构和组成的分析发现，高CO₂含量会导致Li₂CO₃颗粒大、结晶度高，不利于Li-CO₂/O₂电池性能的提高。此外，确定Li₂O₂和Li₂CO₃为Li-CO₂/O₂电池的放电产物。随着CO₂/O₂比的增加，Li₂O₂的含量逐渐减少。放电产物的组合物证实，CO₂通过Li₂O₂和CO₂之间的“化学途径”参与放电反应。此外，在充电过程中，CO2通过捕获O2来影响Li₂O₂的分解途径，从而抑制O₂的形成。

最后，引入CO₂也是一种简单的负极保护策略，它使循环后的负极表面被Li₂CO₃覆盖，避免了H₂0的腐蚀。二氧化碳含量为30%的Li-CO₂/O₂电池，放电产物的形貌和结晶度适中，最大程度地抑制了¹O₂的生成，电解质和负极的降解得到了适当的控制，从而获得了最优异的电化学性能。

图2. Li-CO₂/O₂电池循环后产物的结构表征

Unveiling the Reaction Mechanism and 1O2 Suppression Effect of CO2 in Li-CO2/O2 Battery through the Reacquaintance of Discharge Products，Energy Storage Materials 2023 DOI: 10.1016/j.ensm.2023.102886