1. 侴术雷/Andreu Cabot等AEM: 当NbSe2遇到C2N, 超长寿命锂硫电池诞生了！
多硫化锂（LiPS）的穿梭效应和缓慢的转化动力学阻碍了锂硫电池（LSB）的实际应用。尽管硒化铌 (NbSe2 ) 具有高电位，且在众多电催化反应中引起了广泛关注，但尚未被研究作为LSB中的正极主体材料。
在此，西班牙加泰罗尼亚能源研究所Andreu Cabot教授、张超琦博士以及澳大利亚伍伦贡大学侴术雷教授、美国德克萨斯大学奥斯汀分校Jiaao Wang等人报道提出了一种具有显著比表面积的原位生长C2N@NbSe2异质结构，作为Li-S电池催化剂和LiPS吸收剂。DFT计算和实验结果表明，C2N@NbSe2具有合适的电子结构和电荷重排，从而有力地促进了LiPS的电催化转化。此外，C2N@NbSe2异质结与LiPS物质发生强烈的相互作用，将其限制在正极上。
因此，基于C2N@NbSe2/S的LSBs正极在0.1 C下表现出1545 mAh g-1的高初始容量。此外，C2N@NbSe2正极具有令人印象深刻的循环稳定性，在3 C下进行 2000次循环后，每个循环只有0.012%的容量衰减。即使在5.6 mg cm-2的硫负载下，也提供了5.65 mAh cm-2的高面积容量。这些结果表明C2N@NbSe2异质结构可以作为多功能多硫化物介体化学吸附LiPS，加速锂离子扩散，化学催化LiPS转化，降低Li2S沉淀/分解的能垒，实现多硫化物的“吸附-扩散-转化”。
NbSe2 Meets C2N: A 2D-2D Heterostructure Catalysts as Multifunctional Polysulfide Mediator in Ultra-Long-Life Lithium-Sulfur Batteries, Advanced Energy Materials 2021. DOI: 10.1002/aenm.202101250
2. 厦大杨勇/王鸣生Nat. Common.: 设计Na+层间距用于稳定钠离子电池的Mn基层状正极
层状过渡金属氧化物是锂/钠/钾离子电池最重要的正极材料，抑制充放电过程中的不良相变是合理设计高性能层状氧化物正极的关键和根本挑战。
在此，厦门大学杨勇教授、王鸣生教授等人报告了一种类似页岩的NaxMnO2 (S-NMO) 电极，该电极源自一种简单但有效的水介导策略。该策略扩大了P2型 Na0.67MnO2的Na+层间距，并将颗粒转变为手风琴状形态。在没有任何进一步的电极/电解液改进的情况下，S-NMO具有181 mAh g-1的高比容量，在0.1 C下100次循环后没有明显的容量衰减，具有出色的倍率性能，以及3000次循环的长循环稳定性，容量保持率为83%。
原位同步X射线衍射（XRD）和非原位魔角旋转核磁共振（MAS NMR）结果表明，S-NMO电极在充放电过程中沿c轴呈现零应变特性，体积变化量仅为1.96%。此外，水介导的策略对其他层状氧化钠也是可行的，并且所获得的 S-NMO电极对湿度具有极好的耐受性。这项工作表明，设计碱金属层的间距是稳定层状过渡金属氧化物结构的有效策略。
Engineering Na+-layer spacings to stabilize Mn-based layered cathodes for sodium-ion batteries, Nature Communications 2021. DOI: 10.1038/s41467-021-25074-9
3. 康飞宇/翟登云等EnSM: 醚基电解液的表面化学调控实现高度稳定的钾金属电池
可充电K金属电池 (PMB) 仍然缺乏对高反应性K负极和4 V级正极均稳定的合适电解液，虽然经典的双（氟磺酰基）酰胺钾 (KFSI) 基醚电解质对K金属具有良好的还原稳定性，但由于其氧化稳定性有限，通常仅用于<4.0 V PMB。
在此，清华-伯克利深圳学院康飞宇教授、清华深圳研究生院翟登云副教授以及美国加州大学北岭分校Kah Chun Lau等人首次报道了在中等浓度 (2.3 M) KFSI/1,2-二甲氧基乙烷 (DME) 电解液中添加少量KNO3（50 mM），并将其用于4V级PMB。高压普鲁士蓝 (PB) 正极和 K负极均具有优异的循环性能。
含KNO3的DME电解液（Ether-KNO3）有助于形成富含N/F物种的稳定SEI 层，从而能够在高电流密度下进行致密的K沉积。同时，还提高了氧化稳定性（> 4.3 V）和抗Al腐蚀性，最终实现了122天（1000次循环）电池寿命的高度稳定的4 V级PMB。这项工作提供了对 K沉积电化学和硝酸盐添加剂家族的更好理解，并为4 V级 PMB的开发铺平了道路。
Highly Stable Potassium Metal Batteries Enabled by Regulating Surface Chemistry in Ether Electrolyte, Energy Storage Materials 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.08.013
4. 晏成林/钱涛ACS Nano: 打破常规，-60℃！全液相反应机制的低温锂硫电池
锂硫电池有望在低温度下具有高容量保持率，成为未来低温二次电池的主力军，然而其面临着放电过程中从Li2S4到Li2S的固-固转化动力学缓慢的问题。
在此，苏州大学晏成林教授、钱涛副研究员等人受首个可在室温和低温下均提供容量的放电平台机制的启发，提出了一种全液相反应机制。作者将烯丙基甲基二硫化物 (AMDS) 添加到常规电解液中。元素硫首先与AMDS反应形成三硫化物，然后直接还原为最终产物。光谱研究和分子动力学模拟共同证实所有放电中间体都可溶于电解液。这种机制绕过了缓慢的“固体到固体”反应路线，有利于快速的液相反应途径，导致电极反应活化能的急剧下降。此外，AMDS 的引入还调节了Li2S的沉积形式，缓解电极钝化并促进硫氧化还原动力学。
此外，AMDS中的一些烯丙基可以通过自由基聚合交联在锂负极上形成均匀的膜，从而实现无枝晶锂负极并抑制溶解的中间扩散和锂负极上的还原。总体而言，与25°C 时相比，该电池在-40°C时可保持78.2% 的容量，并在-60°C 时正极实现1563 mAh g-1的超高比容量。这项工作为开发低温锂硫电池提供了一种策略。
All-Liquid-Phase Reaction Mechanism Enabling Cryogenic Li-S Batteries, ACS Nano 2021. DOI: 10.1021/acsnano.1c05875
5. Stefano Passerini教授最新ACS Energy Lett.: 这种氟化物基人工中间相，实现可逆的锌负极！
锌电池最近作为能量存储设备引起了人们的极大兴趣。然而，由于在温和 pH 值电解液中副反应和枝晶的生长，锌负极的不可逆过程限制了它们的寿命。
在此，德国乌尔姆亥姆霍兹研究所（HIU）Stefano Passerini教授以及Alberto Varzi等人受ZnF2作为 SEI 组分的有前途的特性的启发，开发了在Zn金属负极表面上的人工ZnF2层来解决上述问题。作者通过精心设计的制备方法可以在相对较低的温度下通过简单的化学反应获得均匀、薄且单面的ZnF2薄膜。建模表明，ZnF2为Zn2+离子通过间隙扩散机制向/从Zn负极传输提供扩散通道，且ZnF2人工中间相被证实是厚度约为1 μm的均质多孔层。
在电化学沉积时，Zn似乎均匀地扩散通过ZnF2薄膜并沉积在下面，这限制了锌金属和电解液之间的枝晶生长和副反应，对Zn负极具有显著的保护作用。因此，Zn/Zn-ZnF2对称电池在0.5 mAh cm-2的面积容量下可维持长期循环（超过 700 小时），Zn-ZnF2 /MnO2全电池在3000次循环后容量保持率为89%，且CE高于99%，这都证实了Zn-ZnF2负极的优越性。
图2. Zn-ZnF2 /MnO2全电池的电化学性能
A Thin and Uniform Fluoride-Based Artificial Interphase for the Zinc Metal Anode Enabling Reversible Zn/MnO2 Batteries, ACS Energy Letters 2021. DOI: 10.1021/acsenergylett.1c01249
6. 电池大牛Arumugam Manthiram最新EES: 揭示可充电电池中硫属元素原位取代多硫化物的影响
硫化合物的化学性质是包括锂硫 (Li-S) 电池在内的几种有前途的下一代可充电电池化学物质的核心。在锂硫电池中，多硫化物中间体的形成和穿梭通常被认为是实现其实际可行性的主要障碍。
在此，美国德克萨斯大学奥斯汀分校Arumugam Manthiram教授等人比较了硫属元素（硒和碲）在多硫化物链中的取代，并证明了它们对Li-S电池化学的有益影响。研究表明，硒取代的多硫化物由于优先生成自由基中间体而有效催化硫/Li2S转换反应，从而提高了正极利用率，碲取代的多硫化物通过在锂表面形成具有低Li+离子扩散势垒的钝化界面层来提高锂循环效率。
这种基于多硫化物“分子工程”并利用内在多硫化物穿梭效应的非常规策略得到了验证，将贫电解液无负极软包锂硫电池的循环寿命提高了10倍。此外，无负极配置最大限度地提高了能量密度，减轻了处理薄锂箔的挑战，并消除了电池组装时的自放电。硒和碲化学差异之间产生的见解可广泛用于金属硫属元素电池以及硫属元素化物固体电解质的研究。
图2. XPS及飞行时间二次离子质谱 (ToF-SIMS) 测试结果
Implications of in-situ chalcogen substitutions in polysulfides for rechargeable batteries, Energy & Environmental Science 2021. DOI: 10.1039/D1EE01113H
7. 张跃钢/郭晶华EnSM: 含氯化物电解液的镁硫电池中Ag催化剂的可逆功能转换
镁金属负极不会在大多数有机电解质中形成枝晶，储量丰富且比锂更具化学惰性。以高体积容量的镁为负极，硫为正极的镁硫（Mg/S）电池具有比最先进的锂离子电池提供更高能量密度的巨大潜力，但由于MgS难以再氧化导致可逆性差，其容量衰减快。
为此，中科院苏州纳米所张跃钢教授与美国劳伦斯伯克利国家实验室郭晶华教授等人在含Cl –电解质的Mg/S 电池中使用Ag 催化剂，并实现了~1200 mAh•g-1的比容量和100次循环的长循环寿命的显著提高。为了了解这种改进背后的机制，作者采用原位同步辐射X射线衍射（SR-XRD）和原位X射线吸收光谱（XAS）来研究充电/放电循环过程中的可逆相变。
原位实验结果表明，在深度充电状态，与Ag反应的Cl –在电解液中形成 AgCl 界面层，防止Ag与元素S的物理接触并避免形成Ag2S；在早期放电状态下，AgCl 转化回金属Ag，这保证了其对MgS分解的催化效果。Ag催化剂的这种可逆功能切换机制与使用其他催化剂或电解液的Mg/S电池完全不同，这一发现可能会导致在未来的Mg/S电池中更好地设计S@Ag正极。
Reversible Function Switching of Ag Catalyst in Mg/S Battery with Chloride-Containing Electrolyte, Energy Storage Materials 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.08.009
8. 张一卫/杨勇EnSM: 柔性Li-CO2电池的Co掺杂CeO2 /石墨烯气凝胶自支撑正极
目前Li-CO2电池研究集中在探索用于有效还原CO2和分解Li2CO3的高性能、低成本的电催化剂。过渡金属氧化物 (TMO) 因其具有竞争力的循环稳定性和低成本而受到广泛关注，然而TMOs的主要问题是其固有的导电性差，CO2吸附能力不足，微观形貌不能充分暴露活性位点，影响了Li-CO2电池的性能。
为此，东南大学张一卫教授与南京理工大学杨勇副教授等人通过将2D钴掺杂CeO2纳米片直接锚定在石墨烯气凝胶上，绕过添加粘结剂和复杂的制造过程，制备了用于 Li-CO2电池的多孔自支撑正极。CeO2和Co3O4的结合通过强耦合纳米界面导致电子结构的重组，增强了Li2CO3的可逆形成和分解。同时独特的多孔结构有利于CO2和电解液在Li-CO2电池中的扩散。
组装后的 Li-CO2电池具有出色的放电容量（7860 mAh/g）和具有竞争力的循环稳定性（>100次循环）。此外，作者开发了具有独立正极的柔性 Li-CO2电池，可在多角度弯曲和折叠过程中提供稳定的功率输出，通过DFT计算详细揭示了改进的电导率、CO2吸附能力和电化学反应途径。这项工作为开发用于可穿戴电子设备的先进且灵活的 Li-CO2电池提供了新思路。
图2. 柔性Li-CO2电池点亮LED及其循环性能
Electron Structure and Reaction Pathway Regulation on Porous Cobalt-Doped CeO2/Graphene Aerogel: A Free-Standing Cathode for Flexible and Advanced Li-CO2 Batteries, Energy Storage Materials 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.08.006
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