1. 厦大孙世刚院士/湖北大学ACS Nano: 构建黑曲霉衍生碳/MoS2的“双凹缓和”策略，用于超稳定储钠！
二维层状材料普遍面临电子转移受阻和结构稳定性差的问题，从而限制了其在高倍率和长效钠离子电池（SIBs）中的应用。为了满足高性能SIBs的要求，应综合考虑离子/电子通道、结构稳定性和内部空间，但仍难以确定二维层状材料的合理结构。有限元模拟是当前加速寻找有前途的空心结构的强大工具。
在此，厦门大学孙世刚院士、廖洪钢教授以及湖北大学梅涛副教授等人采用有限元模拟方式提出了一种基于黑曲霉衍生碳（ANDC）的“双凹缓和”策略，以构建具有中空双凹结构的ANDC/MoS2。通过非原位拉曼光谱、XPS、XRD和HRTEM研究证明了ANDC/MoS2的优势，从纳米结构设计的角度来看，中空双凹面结构为快速氧化还原反应提供了丰富的电荷存储位点，而本征杂原子掺杂增加了活性材料的亲和力，促进了电子转移。
ANDC/MoS2作为钠离子电池的负极具有出色的长期循环性能，在1 A g-1下循环1000次后可提供496 mAh g-1的放电容量，容量保持率为94.5%，比裸MoS2纳米片增加了近七倍。即使在5 A g-1的高电流密度下，300次循环后仍可保持约400 mAh g-1的可逆放电容量。此外，ANDC/MoS2也可用于高效的锂存储。通过原位 TEM，作者进一步揭示了ANDC/MoS2的空心双凹结构使稳定和快速的镀钠/脱钠成为可能。
图1. 有限元建模及ANDC/MoS2的合成过程示意图
图2. ANDC/MoS2和裸MoS2纳米片的电化学性能
A “Biconcave-Alleviated” Strategy to Construct Aspergillus niger-Derived Carbon/MoS2 for Ultrastable Sodium Ion Storage, ACS Nano 2021. DOI: 10.1021/acsnano.1c05590
2. 厦大&大连化物所ACS Nano: 用于高负载锂硫电池的轻质MOF电催化膜的缺陷工程
锂硫 (Li-S) 电池以其高理论容量和重量能量密度而被认为是下一代电化学储能系统的有希望的候选者，多硫化锂中间体缓慢的动力学和穿梭效应是阻碍其实际应用的主要挑战。
在此，厦门大学张力、陈嘉嘉以及中科院大连化物所郭向阳等人引入了一种缺陷工程策略来构建一种缺陷的-UiO-66-NH2-4 /石墨烯电催化膜（D-UiO-66-NH2 -4/G EM），该膜可以加速高硫负载和低电解液/硫 (E/S) 比Li-S电池中多硫化锂的转化。MOF材料（UiO-66-NH2）可以被定向化学雕刻以形成具有丰富缺陷的凹八面体。根据电催化动力学和DFT计算研究，D-UiO-66-NH2-4结构通过强大的化学亲和力有效地提供了充足的位点来捕获多硫化物，提高了多硫化物转化的电催化活性。
因此，在贫电解液（E/S = 5 μL mg-1）以及2.1 mA cm-2 (0.1 C) 电流密度下，具有这种电催化膜的Li-S电池在硫负载高达12.2 mg·S cm-2时可提供 12.3 mAh cm-2 (1013 mAh g-1) 的高容量。此外，软包锂硫电池还表现出优异的循环稳定性，在100次循环后保持 996 mAh g-1的容量。这项研究可以启发基于框架的纳米材料的设计，以适应未来各种电化学能量存储和转换系统的需求。
图1. D-UiO-66-NH2-4 EM合成及表征
Defects Engineering of Lightweight Metal-Organic Frameworks-Based Electrocatalytic Membrane for High-Loading Lithium-Sulfur Batteries, ACS Nano 2021. DOI: 10.1021/acsnano.1c05585
3. 北理工/华东理工ACS Energy Lett.: 高导电COF@CNT电催化剂促进锂硫电池中的多硫化物转化
锂硫（Li-S）电池中共价有机骨架 (COF) 的催化在很大程度上受到弱化学相互作用和低电导率的阻碍。目前很少有研究涉及COF材料在Li-S电池中的催化性能的基本理解，并且合成高效COF负载电催化剂的一般标准也没有得到解决。
在此，北京理工大学陈人杰教授以及华东理工大学钮东方副教授、安书浩等人在碳纳米管（CNT）表面上原位制造了一种新型的基于二酮吡咯并吡咯 (DPP) 的COF（Py-DPP-COF），以通过其高导电性和与LiPS的强化学相互作用来揭示电催化活性。通过引入适当含量的CNT（66 wt%），可以最大限度地提高DPP-COF 的电催化活性。
作者通过DFT计算、XPS、FTIR和拉曼等分析表明，DPP部分可以介导由 C=O/C-O键合转化所贡献的多硫化物的转化。因此，改进后的锂硫电池在1000 次循环后显示出0.042%的衰减率，并在10 mg cm-2硫负载和贫电解液（E/S = 5）下实现了8.7 mAh cm-2的理想容量。这项工作为设计用于实用Li-S电池和其他电化学储能设备的功能性无金属 COF/碳催化剂提供新的视角。
A Highly Conductive COF@CNT Electrocatalyst Boosting Polysulfide Conversion for Li-S Chemistry, ACS Energy Letters 2021. DOI: 10.1021/acsenergylett.1c00943
4. 北理工黄佳琦团队AEM: 解读主体材料电导率对复合锂金属负极锂沉积的影响
由于不受控制的锂沉积和大的体积波动，锂金属负极表现出较差的循环稳定性， 具有3D主体的复合锂金属负极显示出稳定的锂沉积。然而主体材料的优势是通过各种参数的共同作用来实现的，单一参数对锂沉积的影响是未知的，这阻碍了主体材料的合理设计。
在此，北京理工大学黄佳琦教授等人展示了一种解耦方法，以深刻解读主体材料的电导率对锂沉积行为的影响。作者通过在导电主体表面巧妙地原位形成几十纳米厚的聚合物涂层来调节主体的电导率，同时保持其他参数几乎不变，从而达到将电导率的作用与其他参数解耦的目的。
结合实际应用，作者采用铜网（CM）和碳纤维（CF）两种典型主体进行定量分析，结果证明主体的电导率显著决定了主体附近的电势分布，然后是锂离子的传输，从而调节锂沉积。具有高导电性的主体明显提高了多种实用电池系统的循环性能，优于导电性较差的主体。这种解耦方法提供了一种探索单个参数在主体中的作用的新方法，为锂金属负极主体材料的合理设计提供指导。
Deciphering the Effect of Electrical Conductivity of Hosts on Lithium Deposition in Composite Lithium Metal Anodes. Advanced Energy Materials 2021. DOI: 10.1002/aenm.202101654
5. 南开大学陈军院士最新Angew: 用于坚固锌金属负极的阴离子型无水Zn2+溶剂化结构设计
可充电水系锌电池由于其低成本和高安全性而具有大规模电化学储能的潜力。然而，锌金属负极存在枝晶生长和界面析氢反应（HER），导致电极/电池性能下降。
在此，南开大学陈军院士等人设计了一种阴离子型无水Zn2+溶剂化结构电解质 (ASE)，用于解决锌负极问题。作者指出，枝晶和HER都与水参与的Zn2+溶剂化结构- Zn(H2O)62+有关，因此可以通过将Zn(H2O)62+转化为阴离子型无水溶剂化结构- ZnCl42-来解决。这可以在传统的ZnSO4水系电解液中添加具有大体积阳离子的氯化物盐（1-乙基-3-甲基咪唑氯化物）后实现。
通过原位AFM发现，阳离子-水相互作用的消除抑制了HER，而Zn尖端和阴离子溶剂化结构之间的静电排斥抑制了枝晶的形成。因此，ASE显示出均匀的锌沉积，平均镀锌/剥离库仑效率为~99.9%，以预镀锌聚苯胺（Z-PANI）为正极的无负极锌电池300次循环后容量保持率为 78.8%。这项工作提供了一种新颖的电解质设计策略，以防止 HER并实现长寿命金属负极。
图2. 无负极电池和软包电池的储能机制和电化学性能
Designing anion-type water-free Zn2+ solvation structure for robust Zn metal anode, Angewandte Chemie International Edition 2021. DOI: 10.1002/anie.202109682
6. 中科院苏州纳米所陈立桅团队JACS: 用于电池的自组装单层膜综述
目前锂电池领域的研究重点提高能量密度，然而安全性、稳定性和循环寿命等不应被忽视，这些问题通常源于界面不稳定性。最近的研究已经证明了自组装单分子层 (SAMs) 在解决电池领域的紧迫问题（例如锂的化学稳定性）方面的能力，但还需要更多的研究来充分探索这种技术对储能的潜力和影响。
在此，中科院苏州纳米所陈立桅研究员、沈炎宾副研究员等人首次综述了当前锂电池中SAM的文献进展。目前已发表的工作主要集中在两个方面，即基于插层的先进锂离子电池材料的稳定化和锂负极的钝化和受控沉积。在这些情况下，SAMs 的诱人优点，如单层均匀性、分子水平厚度和易于制备，使SAM电池具有非常有前途的特性。
其次，作者指出SAM的多功能结构和特性有助于克服一系列令人眼花缭乱的技术瓶颈，从离子或电子导电网络的构建到转化反应的动力学控制。SAMs在锂电池中的未来应用肯定会超出想象，但SAMs在电池中的应用仍处于起步阶段，作者还简要讨论了SAM与底物的结合、分子轨道和电化学稳定性，以及制造和维护，这将有利于未来电池的发展。
Self-Assembled Monolayers for Batteries, Journal of the American Chemical Society 2021. DOI: 10.1021/jacs.1c04416
7. 苏州大学郑洪河团队EnSM: 用于消除硅负极中HF的多功能界面改性剂
氟代碳酸亚乙酯 (FEC) 是锂离子电池（LIBs）硅 (Si) 负极中重要的电解液添加剂，可以形成稳定的SEI层并且可以显著提高Si负极的循环稳定性，但它很容易被路易斯酸（PF5–）脱氟形成有害的腐蚀性物质（HF）。
为了克服这个问题，苏州大学郑洪河教授、王艳等人在硅表面上开发了一种新型的多功能表面改性剂（HEDP）。它不仅可以消耗HF，还可以参与形成具有优异电化学稳定性、高锂电导率和良好热稳定性的固体电解质界面（SEI）膜。此外，带有聚偏二氟乙烯 (PVDF) 粘结剂的Si@HEDP负极表现出极大改善的电化学性能。
在30°C下循环500次后，基于该添加剂的Si@HEDP负极获得了1831.8 mAh g-1的高可逆容量，在60°C下循环200次后，仍保持2163.8 mAh g-1，这与25次循环后容量几乎为零的对照硅负极形成鲜明对比。这项工作克服了在硅基电池中使用 FEC电解质添加剂和PVDF粘结剂的基本挑战。
图1. Si@HEDP负极与对照Si负极电化学性能对比
图2. HEDP使用FEC添加剂和PVDF粘结剂保护Si负极的机制示意图
1-Hydroxyethylidene-1, 1-diphosphonic acid: a multifunctional interface modifier for eliminating HF in silicon anode, Energy Storage Materials 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.08.010
8. 陕师大蒋加兴团队AFM: 用于双离子电池的高性能聚合物正极的“供体-受体”结构设计
具有高氧化还原可逆性和高理论容量的二氢吩嗪 (Pz) 是构建用于双离子电池的p型聚合物正极的有吸引力的选择。然而，迄今为止报道的大多数Pz基聚合物正极仍然存在氧化还原活性低、动力学缓慢和循环寿命短的问题。
在此，陕西师范大学蒋加兴教授、张崇等人通过整合给电子Pz基团和吸电子 2,4,6-三苯基-1,3,5-三嗪 (Tz) 基团形成聚合物链，制备了“供体-受体”(D-A)结构Pz基共轭微孔聚合物 (TzPz) 正极。D-A型结构增强了聚合物的共轭度并降低了 TzPz 的带隙，促进了电子沿聚合物骨架的传输。
因此，用于双离子电池的TzPz正极在0.2 A g-1时显示出192 mAh g-1的高可逆容量，具有优异的倍率性能（30 A g-1时为108 mAh g-1），远高于由1,3,5-三苯基苯 (Bz) 和Pz制备的对应聚合物BzPz（0.2和10 A g-1时分别为148和44 mAh g-1）。此外，TzPz正极还表现出超过10 000次循环的长期稳定循环能力。这些结果表明，D-A结构设计是开发用于双离子电池的高性能聚合物正极的有效策略。
Toward High-Performance Dihydrophenazine-Based Conjugated Microporous Polymer Cathodes for Dual-Ion Batteries through Donor-Acceptor Structural Design, Advanced Functional Materials 2021. DOI: 10.1002/adfm.202105027
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