1. Nature Communications：水性凝胶电解质生产释气电解质补充Ah规模的锌金属软包电池

水系锌电池因其高安全性和低成本而成为电网规模储能的理想选择。然而，大规格水系锌电池的生产受到电解液消耗、析氢以及锌枝晶生长的阻碍。

在此，天津大学杨全红&杨春鹏教授团队设计了一种 “开放式 “软包电池用于大规格水系锌电池的生产，它可以释放氢气并允许在电池循环过程中重新填充消耗的电解液成分。具体而言，该电池使用含有交联卡拉胶和壳聚糖的凝胶电解质，它能粘合水分子并阻止其与锌发生副反应，从而防止电解质泄漏和快速蒸发。

图1. CarraChi凝胶的制造和物理性质

总之，该工作报道了一种面向实用化大容量水系锌金属电池的开放式可再充电池构型。该电池构型采用卡拉胶和壳聚糖组成的水键合凝胶电解质，可防止电解质消耗和电池膨胀，实现Ah级容量的锌电池大规模储能。交联的CarraChi凝胶含有丰富的极性官能团（-OH、-NH₂、-SO₄^2-），可键合H₂O分子，从而抑制水的快速蒸发和HER。因此，开放式可再充填锌对称电池具有更高的沉积/剥离能力、循环稳定性和长寿命。

在电流密度为10 mA cm^-2、面积容量为35 mAh cm^-2、DOD为65%的条件下，开放式可重复填充软包电池的寿命大于4000 h，累计容量为1286 Ah。采用CarraChi凝胶电解质和可重复填充结构的Zn | |ZVO多层软包电池具有高容量（0.9 Ah）和良好的循环稳定性，在200次循环后可保持84%的容量。因此，该电池结构为建造实用大尺寸水系电池铺平了道路，并将激发用于电网规模储能的水系电池的新设计。

图2. CarraChi凝胶电解质在Zn||ZVO纽扣电池和软包电池配置中的应用（25 ℃）

Production of gas-releasing electrolyte-replenishing Ah-scale zinc metal pouch cells with aqueous gel electrolyte, Nature Communications 2023 DOI: 10.1038/s41467-023-39877-5

2. Journal of the American Chemical Society：面工程和孔设计促进析氧催化中的动态铁交换，打破活性-稳定性权衡

析氧反应(OER)在可再生能源技术中发挥着至关重要的作用，包括燃料电池、金属-空气电池和水分离。然而，现有的催化剂由于OER动力学缓慢，性能仍不理想。

在此，北京科技大学秦明礼教授、贾宝瑞教授联合新加坡国立大学薛军民教授等人开发了一种新型高效催化剂。该催化剂通过晶面工程和孔结构设计来调控OER中活性Fe的动态交换机制。

以氢氧化钴为催化剂主体，在纳米孔洞中填充Fe物种，形成高密度的纳米孔洞。在OER过程中，动态Fe被纳米孔壁上的(101̅0)位点选择性地强吸附，而不是基面上的(0001)位点，同时纳米孔的空间限制效应减缓了Fe从催化剂向电解质的扩散。

图1. 铁同位素标记测量

总之，该工作设计了一种蜂窝状的氢氧化钴作为载体材料，选择性地将Fe离子固定在载体的孔洞中，构建了一种异质结构的OER催化剂。DFT结果表明，Fe对氢氧化钴纳米孔壁上(101̅0)的吸附强于对基面(0001)的吸附;MD模拟结果表明，纳米孔具有空间限制效应，抑制Fe从催化剂向电解液的扩散。

结果，形成局部高通量动态铁平衡来提高OER。作为一种优良的OER催化剂，该材料表现出了非常低的过电位(28.0 mV, 10 mA cm⁻²)和良好的长期稳定性(130 h)。将该催化剂应用于锌−空气电池中，放电/充电电压差为0.72 V，即使在使用170 h后也能稳定保持。该工作表明，通过精确调整动态Fe活性位点，纳米结构在同时提高OER活性和稳定性方面具有巨大的潜力。

图2. 可充电锌空气电池性能

Facet Engineering and Pore Design Boost Dynamic Fe Exchange in Oxygen Evolution Catalysis to Break the Activity–Stability Trade-Off, Journal of the American Chemical Society 2023 DOI: 10.1021/jacs.3c03481

3. Small：具有优异储锌性能的ZnTe@C纳米线用于水系锌电池

具有优异导电性和超高体积比容量的Te基材料是高性价比的水系锌电池的研究热点。然而，构建具有轻度体积膨胀和抑制穿梭效应的功能结构，从而延长寿命，对于转换型材料来说仍然是一个挑战。

在此，湖南大学朱智强教授、颜子超等人合理设计了碳包覆碲化锌纳米线(ZnTe@C NWs)作为水锌电池的高性能正极材料。碳包覆的一维纳米结构不仅可以为电子和离子提供优化的传输路径，还可以在体积变化时保持结构的完整性，抑制中间体的溶解，从而提高ZnTe@C NWs的循环稳定性和反应动力学。

图1. ZnTe@C NWs的结构表征

总之，该工作提出了碳包覆的一维纳米结构，可以延长水锌电池的寿命并优化转化型ZnTe电极材料的反应动力学。研究表明，一维ZnTe@C NWs的设计缩短了电子和离子的传递路径，可以有效地提高反应活性，加快反应动力学。其次，薄碳层既能提高ZnTe的电子导电性，又能很好地适应体积变化，抑制活性物质的溶解。

最后该材料实现了ZnTe的可逆六电子转换机制(从ZnTe到Te和Te到TeO₂)，具有超高的理论容量(高达829mAh g^-1)。具体而言，本文设计的碳包覆一维纳米结构保证了结构的完整性，抑制了循环过程中粒子粉碎和穿梭效应导致的活性物质损失，为设计先进的水系电池转化型材料提供了新的思路。

图2. 电池性能

Rationally Designed ZnTe@C Nanowires with Superior Zinc Storage Performance for Aqueous Zn Batteries, Small 2023 DOI: 10.1002/smll.202304916

4. Advanced Materials：固态锂金属电池中的电极间讨论

固态锂金属电池因其具有高能量密度和潜在的特性安全性而被确定为电动汽车行业的战略研究方向。然而，固体材料固有的机械性能导致电极和电解质在充电和放电过程中不可避免地出现电化学机械故障；这些失效机制包括锂枝晶渗透以及裂纹和空隙的形成，这对固态锂金属电池的长循环寿命构成了严峻的挑战。

在此，中科院青岛能源所崔光磊研究员概述了最新进展。首先，电化学机械效应在固态锂电池（SSLMB）中起着至关重要的作用。固体电解质在两个电极的应力作用下容易变形和开裂，导致内阻和短路显著增加。在正极电极中，界面副反应通常会增加界面电阻。脱锂时活性材料的收缩会导致二次颗粒以及固体电解质和活性材料颗粒之间的接触损失，进一步增加界面电阻和正极颗粒失活。在锂金属负极中，空隙形成、界面演化和锂枝晶生长之间的相关性是造成容量衰减和短路的原因。其次，电化学机械串扰是大量固态电池中的一个普遍问题。Li⁺通量是通过固态电解质在正负极之间传递电化学机械失效效应的介质。

因此，在整个电池中，特别的在由含锂正极材料组成的SSLMB中，由于锂离子在充电过程中被提取出来，整个电池中不均匀的Li⁺通量会引起正负极之间的电化学机械失效。正极在串扰中占主导地位，因为它首先触发了不均匀的Li⁺通量。在随后的循环中，串扰行为不断累积，加剧了SSLMB的电化学机械失效。

图1. 非均匀Li⁺通量诱导锂氧化物正极和锂负极之间的电化学-机械串扰示意图

通过以上讨论，该工作得出结论：同时协同优化正极、负极和电解质比单独改进它们更有利于制造出优质的固态电池。必须考虑一种材料的电化学机械行为对其他材料的影响，即使在空间上是孤立的。正极改性（正极晶体学和形态学、填料结构、涂覆层、成分等）是解决锂枝晶渗透问题的一种新颖而有效的策略，特别的在使用高电容正极和超薄电解质的固态锂电池中。设计在Li⁺插入/脱出过程中具有内在稳定性的低应变或零应变正极可有效解决固态锂电池中正极的电化学失效问题。

例如，具有无序岩盐结构的锂过钒氧化物Li_8/7Ti_2/7V_4/7O₂已被证明具有近尺寸不变的特性，这对于在固态锂电池的厚电极中保持正极材料和固体电解质之间的界面连接非常有用。除了改进的机械性能和高离子传导性，离子传导的均匀性也是对固体电解质的重要要求。因此，低成本的无锂电正极材料和无负极全电池是下一代高能量密度锂电池的发展方向。

Interelectrode Talk in Solid-State Lithium-Metal Batteries, Advanced Materials 2023 DOI: 10.1002/adma.202301892

5. Advanced Functional Materials：激活Na₂FePOF中的惰性Na1位点以实现高性能钠存储

Na₂FePO₄F具有优异的结构稳定性、易于Na⁺实现转移的二维离子通道和较高的工作电压，在高性能储钠方面表现出巨大的潜力。尽管前景广阔，但是其低本征电子电导率和有限的活性Na位点导致其倍率性能与可逆容量不甚理想，这将阻碍Na₂FePO₄F的实际应用前景。因此，提高Na₂FePO₄F的本征电子电导并进一步激活非活性Na位点以实现优异电化学性能至关重要。

在此，浙江大学姜银珠教授和西湖大学卢星宇研究员等人通过Cu掺杂减弱Na1-O/F结合力，降低了Na1周围欠配位的O₂对其的影响，降低了Na位点的脱插电位，激活了Na₂FePO₄F中部分惰性Na1位点，导致惰性Na1活化到Na3位点。此外，带隙大大减小，从而提高了本征电子导电性。

图1. Na₂FePO₄F和FeCu-x的结构表征

具体而言，该工作通过晶格掺杂实现了氟磷酸盐中Na位点和电子结构的调控。Cu²⁺的取代，诱导了Na1-O/F的键长拉长，减弱了Na1周围欠配位的O₂对其的影响，从而降低了Na位点的脱出电位，使部分惰性Na1位点被激活。此外，带隙大大减小，从而提高了本征电子电导率。由此得到的FeCu-0.05在0.1C具有119 mAh g^-1，并且具有优异的倍率性能。

特别地，该工作在20 C的超高倍率下达到了74.3 mAh g⁻¹。该结果为深入了解氟磷酸盐的储钠行为提供了新的见解，并为开发先进的嵌入型钠离子电池正极材料提供了新的设计策略。

图2. Na₂FePO₄F和FeCu-0.05的电化学性能

Activating the Inert Na1 Sites in Na2FePO4F Toward High Performance Sodium Storage, Advanced Functional Materials 2023 DOI: 10.1002/adfm.202305109

6. Advanced Functional Materials：外磁场下的CoFe₂O₄催化添加剂使钠硫电池具有前所未有的容量、循环稳定性和工作温度范围

室温钠硫电池（SSB）的电化学性能受限于缓慢的反应动力学和以多硫化钠（SPS）形式出现的硫损失。

在此，兰州大学周金元教授&巴塞罗那大学Andreu Cabot教授等人详细介绍了利用电纺丝和水热工艺相结合的方法在CNF表面生长CoFe₂O₄、VO₂和Co₃O₄粒子的过程。同时，该工作系统地探讨了所制备的正极材料在外加磁场下通过调频和顺磁催化剂催化多硫化钠（SPSs）的过程。

DFT计算表明，在磁场作用下，SPS 在调频催化剂上的吸附能增加，SPS转化的动力学势垒降低。实验结果都表明，CoFe₂O₄中的自旋极化Co离子提高了吸附SPS的能力和SPS转化的电催化活性。这些优势使得基于CNF/CoFe₂O₄/S的固态电池（SSB）具有前所未有的比容量、倍率能力和稳定性。

图1. M开或M关时CNF/CoFe₂O₄电极的电化学性能

总之，该工作通过电子自旋极化，在不增加能量成本的情况下，永磁体产生的外磁场（M on）可以显著提高铁磁性硫宿主的SPSs吸附能力和反应动力学。更具体地说，在M on时，该工作详细介绍了在常温下具有前所未有的性能和稳定性的碳纳米纤维/CoFe₂O₄/S（CNF/CoFe₂O₄/S）正极的制备方法。

实验和理论证明，磁场可极化 Co离子的电子，从而增强对SPSs的吸附及其催化转化。具有自旋极化功能的 CNF/CoFe₂O₄/S正极在1.0 C下可持续2700个循环，每个循环的衰减率低至 0.0039%。对SSB的性能进行了进一步测试，当M开启时，在1.0 C下循环100次后，SSB的电量为248 mAh g^-1。此外，研究还证明，即使移除外部磁场，磁极化效应依然存在，因此该项研究不仅展示了一种提高SSB电化学性能的有效策略，还有助于丰富自旋效应在电催化领域的应用。

图2. 磁场强度和温度对电池性能的影响

Sodium-Sulfur Batteries with Unprecedented Capacity, Cycling Stability and Operation Temperature Range Enabled by a CoFe₂O₄ Catalytic Additive Under an External Magnetic Field, Advanced Functional Materials 2023 DOI: 10.1002/adfm.202305908

7. Advanced Functional Materials：富氧空位TiO₂锐钛矿金红石异相结增强锂硫电池动力学

基于多相硫转化反应的锂硫电池(Li-S)具有优异的理论比容量(1675 mAh g^-1)、比能量密度(2600 Wh kg^-1)、环境友好性和经济效益，被认为是锂离子电池的理想候选者。然而，锂硫电池的大规模应用仍然受到多硫化物(LiPSs、Li₂S_4-8)穿梭效应和氧化还原动力学缓慢的阻碍，硫利用率和循环寿命不理想。

在此，中南大学周亮君教授团队提出了一种新型高性能TiO₂异相结催化剂的合成方法。以碳化钛纳米片为模板材料，聚多巴胺为包覆材料，经特定温度烧结成功制备富氧空位TiO₂锐钛矿/金红石异相结（A/R-TiO₂）。理论计算表明，费米能级处伴随着电子态的连续分布表示A/R-TiO₂具有金属特性。相比于锐钛矿（A-TiO₂）和金红石（R-TiO₂），A/R-TiO₂的导电性显著提高。

此外，A/R-TiO₂异质界面处电荷的快速转移能够实现LiPSs的有效锚定和催化转化，降低Li₂S分解能垒至几乎为零(0.09 eV )。将A/R-TiO₂催化剂用作锂硫电池隔膜修饰剂，显著提高了电池性能。

图1. 电子结构表征

总之，该工作成功设计了具有丰富氧空位的TiO₂锐钛矿/金红石异相结作为锂硫电池隔膜修饰剂。实验表征和理论计算表明，富氧空位且近乎完美的晶格匹配不仅有利于提高TiO₂异相结的导电性，而且有利于硫氧化还原动力学的增强。即使在高硫载量3.75 mg cm^-2下，使用A/R-TiO₂改性隔膜锂硫电池在0.1 C和1 C的比容量分别高达1210 mAh g^-1和689 mAh g^-1。

此外，采用A/R-TiO₂改性隔膜的软包电池具有稳定的电化学性能，该工作为界面能带工程在锂硫电池中的应用提供了新的方向。

图2. 锂硫电池的电化学性能

Integrating Energy Band Alignment and Oxygen Vacancies Engineering of TiO2 Anatase/Rutile Homojunction for Kinetics-Enhanced Li–S Batteries, Advanced Functional Materials 2023 DOI: 10.1002/adfm.202305788

8. Advanced Functional Materials：钠离子与聚苯胺共嵌入制备扩大层间距的钒酸铵，作为高容量稳定的柔性锌离子电池正极

钒酸盐氧化物具有低廉的价格和较高的理论容量，是水系锌离子电池（AZIB）极具竞争力的正极材料。然而，目前存在的Zn²⁺离子迁移缓慢、电导率弱、柔性电极制备复杂等问题阻碍了其在柔性AZIB (FAZIBs)中的实际应用发展。

在此，中科院苏州纳米所王永疆和张其冲&新疆大学吴冬玲&东南大学李雷等人提出钠离子与聚苯胺共嵌入策略，通过水热原位生长制备了Na⁺和聚苯胺共插层钒氧化物(NaNVO-PANI)正极材料，实现了高离子传导和储存的柔性锌离子电池。

其中，Na⁺离子与带负电的VO_x层板间的静电作用稳定了层结构；聚苯胺将材料的层间距扩大到了13.8 Å，这为Zn²⁺的嵌入/脱出提供了便利的通道。同时聚苯胺分子增加了活性材料的疏水性，从而抑制了NaNVO-PANI在水系电解液中的溶解。

图1. DFT计算

总之，该工作采用金属离子和有机分子共插层策略，设计并合成了Na⁺和苯胺分子共插层钒氧化物。从NaNVO-PANI的形貌结构可见，NaNVO-PANI层间距增加到13.8 Å。电化学测试进一步验证了大的层间距为Zn²⁺的快速脱嵌提供了通道。一方面，Na⁺与带负电VO_x层板间的静电吸引力可以稳固层板；另一方面，有机分子进一步扩大层间距，增加Zn²⁺的储存位点并加速Zn²⁺扩散。组装成FAZIBs进行测试，在0.5 A g⁻¹时，电池提供了约454.6 mAh g⁻¹的放电容量，在5 A g⁻¹的大电流密度下也实现了228.27 mAh g⁻¹的放电比容量，具有保持50.3%的容量保持率。

因此，这项研究提供了一种新型的NaNVO-PANI作为FAZIB独立正极的层间工程设计，并进一步促进了可穿戴电子产品的快速开发。

图2. 柔性水系锌离子电池电化学性能

Sodium-Ion and Polyaniline Co-Intercalation into Ammonium Vanadate Nanoarrays Induced Enlarged Interlayer Spacing as High-Capacity and Stable Cathodes for Flexible Aqueous Zinc-Ion Batteries, Advanced Functional Materials 2023 DOI: 10.1002/adfm.202305700