1. Journal of the American Chemical Society：胶体碳环的高产率合成及其在Li-O2电池中的应用
在多孔电极中使用碳材料具有令人印象深刻的优势。然而，精确定制碳电极的多级孔隙结构仍是一项尚未解决的挑战。
在此，中国科学院化学研究所刘冰，文锐等人报告了一种高效的位点选择性生长策略，通过模板化斑状液滴来合成胶体碳环。碳环可用于直接制造锂氧电池（LOB）具有分级孔的自支撑多孔电极。原位原子力显微镜显示，在放电过程中，放电产物在碳环上密集成核和生长，因此这种环是LOB中非常有潜力的电极材料。
中空碳环电极（HCRE）具有由环的随机堆积形成的微米级通道和由壁中的纳米孔连接的环形空腔组成的纳米通道。这两个通道都有助于离子传输和气体扩散，但放电产物的储存主要位于微米级通道中，导致LOB的高放电容量（20 658mAh/g）。
图1. 合成策略
总之，该工作基于斑状液滴的定点选择性模板策略高效合成了直径和长径比可调的单分散碳胶体环，并成功地用于制备自支撑和无粘合剂的LOB电极。微米级和纳米级通道的组合使碳环电极表现出优异的比容量。
此外，作者发现即使具有微米级通道，放电产物的沉积仍然会阻碍Li+的传输，这证明了在电极中构建大通道的重要性，并提出了提高放电容量的可能方向。因此，所构建的分级多孔环形电极在电催化和电化学储能方面具有潜在的应用。
图2. 空心碳环电极用于Li-O2电池
High-Yield Synthesis of Colloidal Carbon Rings and Their Applications in Self-Standing Electrodes of Li–O2 Batteries，Journal of the American Chemical Society 2023 DOI: 10.1021/jacs.3c09716
2. Nano Energy：尿素基水合共晶电解质用于水系铝锌混合离子电池
水性多价离子电池由于其固有的成本效益和生态友好性，比非水性多价离子电池更适合大规模工业应用。因此，开发新的电解质并寻找兼容的正负极材料是提高电池性能和可逆性的关键。
在此，上海交通大学魏良明，李金金、湖北航天化学技术研究所郭翔等人通过Al2(SO4)3·18H2O和尿素的偶联，提出了一种新型的铝-尿素水合共晶电解质(AUHEE)。尿素辅助的水合铝离子削弱了铝离子与水分子之间的强相互作用，从而通过抑制脱氢来抑制负极处的氢沉淀和钝化。
独特的电解质溶剂化结构使V2O5/AUHEE/Zn电池表现出高放电容量（250 mAh g-1）和长循环寿命（1500次循环），为高性能水系多价离子电池的开发提供了新的见解。
图1. 结构表征
总之，该工作通过Al2(SO4)3·18H2O与尿素偶联创建了一种新型尿素基水合共晶电解质 (AU15)，并发现了相容的正极材料 (V2O5)。AU15具有成本效益、空气稳定性、环保、弱腐蚀性、高离子电导率和宽电化学窗口等优点。更重要的是，深度共晶效应是由尿素和Al3+之间的强相互作用引发的。
实验和理论计算表明，尿素和水在Al3+初级溶剂化壳中的共存导致了[Al(Urea)x(H2O)y]3+物质的形成。此外，在电池充电过程中，锌负极和电解液之间的界面形成一层铝锌合金，提高了负极反应的可逆性。V2O5/AU15/Zn电池具有高容量（250 mAh g-1）和长循环寿命（1500次循环）。因此，该项工作为开发空气稳定、长循环寿命的水系多价离子电池提供了一条有效途径。
图2. 电池性能
Aqueous Aluminum-Zinc Hybrid Ion Batteries with Urea-based Hydrated Eutectic Electrolytes, Nano Energy 2023 DOI: 10.1016/j.nanoen.2023.109158
3. Advanced Energy Materials：通过可扩展的自组装硫醇层抑制枝晶形成和电极腐蚀实现稳定的水系锌电池
锌金属负极在水系锌电池中的实际应用受到水性电解质中枝晶生长、负极腐蚀和析氢反应的阻碍。
在此，香港城市大学支春义，深圳大学刘卓鑫，南方科技大学李洪飞等人报告了一种简单、节能且可扩展的方法可有效缓解水系锌电池存在的问题。具体而言，作者使用1-己硫醇(HT)，在锌负极表面原位形成具有高度有序结构的疏水性自组装硫醇层(SAML)。这种超薄界面结构引导均匀的锌沉积，并保护锌负极免受水和氧引起的腐蚀，从而有效抑制枝晶形成和副反应。
因此，HT-Zn电极表现出极高的电化学稳定性和可逆性，并且组装好的HT-Zn||I2全电池提供了更高的比容量(1 A g-1时从112 mAh g-1到155 mAh g-1)和超稳定的循环性能(在4 A g-1下延长1500次循环期间容量为零)。特别地，该工作制备了一种大尺寸的软包电池，它可以稳定运行1000次循环，每个循环的容量衰减仅为0.0098%，库仑效率超过99.1%。
图1. HT分子的模拟
总之，该工作展示了一种创新且可扩展的方法来解决水系锌电池中枝晶形成、电极腐蚀和析氢的固有问题。通过在锌负极表面原位形成疏水性HT-SAML，促进锌的均匀沉积并排斥腐蚀性水分子，显著提高了锌负极的稳定性和可逆性。结果表明，HT-SAML对Zn提供了出色的保护，同时抑制了枝晶形成和电极腐蚀，在1 mA cm-2,1 mAh cm-2下，HT-Zn对称电池的镀锌/剥离寿命延长了1800 h以上，在10 mA cm-2,5 mAh cm-2下延长了约110 h。
此外，HT-Zn||I2全电池实现了比容量的显着增加，在1 A g-1时从112 mAh g-1升至155 mAh g-1，并且具有出色的循环性能，在4.0 A g-1下延长1500次充电放电循环期间显示出零容量衰减。此外，HT-Zn||I2软包电池被证明可以连续运行超过1000个循环，其CE高达约99.1%，并且每个循环的容量衰减仅为0.0098%。因此，该工作强调了自组装层在水系锌电池中的潜力，激发了未来进一步提高水水系电池的效率和耐用性的研究。
图2. 电池性能
Inhibiting Dendrite Formation and Electrode Corrosion via a Scalable Self-Assembled Mercaptan Layer for Stable Aqueous Zinc Batteries, Advanced Energy Materials 2023 DOI: 10.1002/aenm.202302970
4. Advanced Functional Materials：液态金属-弹性体密封件用于可拉伸有机电解质锂离子电池
可穿戴电子产品的快速发展需要可拉伸电池。有机电解质基锂离子电池（LIBs）具有能量密度高、工作电压范围宽的优点，在电力市场上占有很大的份额。由于对水分和氧气的高敏感性，当它们直接暴露于空气中时，很难获得长期可靠的基于可拉伸有机电解质的LIBs。
在此，上海交通大学尚文，邓涛等人得益于液态金属（LM）卓越的气体不渗透性和聚异丁烯（PIB）对反应性酸性气体分子相对良好的阻隔性能，LM-PIB密封被证明适用于基于有机电解质的LIBs。在密封中，LM可以防止氧气和水蒸气的向内渗透，PIB可以阻止基于有机电解质的LIBs操作过程中副反应产生的水解酸的向外渗透，这有助于防止水解酸和LM之间的有害相互作用。
图1. 不同可拉伸有机电解质基 LIB 的密封性能
总之，该工作利用LM优异的气密性和低杨氏模量以及PIB相对良好的酸性气体阻隔性等优点，展示了用于可拉伸有机电解质基LIB的稳定LM-PIB密封。该密封件实现了 2.7-4.1 V 的宽工作电压区间和 120 mAh g−1 的较高比容量。
本文采用LM-PIB密封，有机电解质基锂离子电池表现出稳定的性能，40次循环后容量仍保持在92.64%，并且在不同变形循环下也表现出稳定的运行。通过在氧化镍/石墨体系中加入保护性添加剂，可以进一步提高容量保持能力。因此，LM-PIB 密封件的性能为未来稳定的可拉伸有机电解质电池提供了有希望的方向。
图2. 可拉伸有机电解质锂离子电池的应用
Liquid Metal–Elastomer Seals for Stretchable Organic Electrolyte-Based Lithium-Ion Batteries, Advanced Functional Materials 2023 DOI: 10.1002/adfm.202309861
5. Advanced Materials：具有快速本体扩散动力学的软碳硫脲用于固态锂金属电池
长期以来，由于锂（Li）枝晶快速生长导致的库仑效率低、寿命短、倍率性能差等问题一直阻碍着全固态锂金属电池（ASSLMB）的发展。
在此，中国科学院物理所吴凡团队通过硫脲煅烧法开发了一种扩大层间距的多扩散通道 N,S 掺杂软碳，用于无枝晶型负极。由于扩大的层间距可以提高层内的 Li+ 传输速率，而 N,S 掺杂可以促进层间的 Li+ 传输，因此可以改善体相扩散（而不仅仅是表面扩散）动力学，进而降低局部电流密度，抑制锂枝晶的生长，提高倍率性能。由此产生的 ASSLMB 实现了创纪录的高电流密度（15 mA cm-2）、面容量（20 mAh cm-2）、能量密度（403 Wh kg-1）和超长循环寿命（13,000 次）。
图1. 电池性能
总之，该工作利用硫脲煅烧软碳制备了一种具有快速体扩散动力学的多扩散通道软碳-硫脲-锂负极，它能促进金属锂在负极内均匀沉积，从而在超高电流密度下抑制锂枝晶的生长。硫脲在煅烧过程中会产生NH3和H2S，热气体分子能够拓宽软碳的层间距，从而促进Li+的传输。此外，Li+可以快速扩散到整个负极，并在整个区域内沉积，从而降低局部电流密度。
因此，在 0.25 mAh cm-2时，锂离子对称电池表现出 36 mA cm-2的超高临界电流密度。采用 SC-TU-Li 负极和 LCO 正极的 ASSB 在 30 ℃（15 mA cm-2）下循环 13,000 次后，容量保持率高达95%。电流密度和循环寿命都打破了迄今为止固态电池的最高水平（8.6 mA cm-2和 10,000 次循环）。因此，该工作报告的 SC-TU-Li 负极在实际应用中具有巨大潜力，并可能代表 ASSB 开发过程中最重要的突破之一。
图2.相场模拟
Soft Carbon-Thiourea With Fast Bulk Diffusion Kinetics For Solid-State Lithium Metal Batteries, Advanced Materials 2023 DOI: 10.1002/adma.202310395
6. Advanced Energy Materials：表面功函数诱导锂离子电池负极热损SEI形成
化学成分显著影响石墨和SiO电极的固有电表面性质，进而显著改变了负极上固体电解质界面（SEI）的热稳定性。
在此，韩国电子技术研究所Hyun-seung Kim，韩国西江大学Seoin Back，成均馆大学Junyoung Mun等人关注表面电子电导率引起的SEI化学成分的变化。即由于石墨边缘平面的功函数低于以二氧化硅为主的二氧化硅电极，因此在电极初始锂化时，电荷向电解质的转移会受到二氧化硅高功函数的阻碍。由于氧化硅上 SEI 薄膜的溶解度增加，使其在较高温度下比石墨电极更容易发生自放电，因此与石墨电极相比，氧化硅电极在高温下的电化学性能较差。为了提高氧化硅电极在高温下的性能，必须改变硅基电极的表面功函数或电解质添加剂的最低未占据分子轨道能级。
图1. 结构分析
总之，石墨和SiO电极的内在电子表面特性在其化学组成方面不同，这极大地改变了电极的热稳定性。石墨边缘平面的功函数低于以二氧化硅为主的一氧化硅电极的功函数，由于二氧化硅的高功函数，这阻碍了电荷在初始形成过程中向电解质的转移。因为高电阻的二氧化硅表面增加了可极化的电极表面，所以由整体电解反应产生的正极电流减少；因此，电解质的还原限于单个e反应，导致SiO2电极无无机物SEI。
然而，极化性较低的石墨表面有效地将电子转移到电解质，形成2e还原的化合物Li2CO3。SEI的组成变化导致其在溶剂中在SiO2上的溶解度增加，因为Li2CO3的Li结合能高于典型的低聚LEDC和LMC的结合能。与石墨相比，SEI膜在SiO2上溶解度的增加了高温下的自放电，这是SiO2电极与石墨电极相比高温性能较差的主要原因。因此，Si基电极的表面功函数或电解质添加剂的LUMO能级的调节对于改善SiO电极的高温性能至关重要。
图2. DFT计算
Surface Work Function-Induced Thermally Vulnerable Solid Electrolyte Interphase Formation on the Negative Electrode for Lithium-Ion Batteries, Advanced Energy Materials 2023 DOI: 10.1002/aenm.202302906
7. Angewandte Chemie International Edition：共价有机框架对氯化锂氧化的有机催化实现稳定锂-氯电池
可充电锂离子电池是一种很有前途的高能量密度电池系统。然而，由于LiCl缓慢氧化为Cl2，只有在低比容量下才能实现合理的循环寿命。
在此，中国科学技术大学陈维团队提出了一种具有催化活性的胺官能化共价有机骨架（COF），即COF-NH2，它显著降低了LiCl的氧化势垒，并加速了Li-Cl2电池中LiCl的抗氧化动力学。使用COF-NH2得到的Li-Cl2电池(Li-Cl2@ COF-NH2)同时表现出低过电位、高达3500mAh/g的超高放电容量和81.4%的第一次循环时沉积的LiCl的促进利用率（UR-LiCl），这是迄今为止的最高报告值。
此外，Li-Cl2@COF-NH2当电池在-20°C下以2000 mAh/g的容量运行，库仑效率（CE）约为100%，放电平台为3.5V时，电池可以稳定循环200多次。令人印象深刻的是Li-Cl2@COF-NH2软包电池可提供>400 Wh/kg的高能量密度，循环50次后平均CE为~95%。
图1. Li-Cl2@COF-NH2软包电池
总之，该工作开发了一种有机催化剂 COF-NH2，以解决氯化锂充电电池中氯化锂氧化缓慢的问题。实验证明，氧化条件下的胺基团能显著降低氯化锂的氧化障碍，从而大大提高了氯化锂正极的可逆性。在 COF-NH2 的高效催化下，氯化锂电池可实现的3500 mAh/g高放电容量，锂盐利用率为81.4%，高于报告的最高值 63%，降低了充电极化电压（0.21 V，低于电流密度为 1500 mA/g 时的对比样品）。
此外，基于 COF-NH2 的优势，该氯化锂电池在 -20 °C下循环 200 次以上仍能保持 2000 mAh/g 的超高容量。因此，该有机催化剂在氯化锂电池系统中的成功应用有望加速高能量存储的实际应用。
图2. Li-Cl2@COF-NH2电池在低温下的电化学性能
Organocatalytic Lithium Chloride Oxidation by Covalent Organic Frameworks for Rechargeable Lithium-Chlorine Batteries, Angewandte Chemie International Edition 2023 DOI: 10.1002/anie.202315931
8. Energy & Environmental Science：机配体在负极和电解液之间构建人工桥实现可持续的锌基液流电池
锌基液流电池由于其高能量密度和低成本的等特点而受到高度关注。然而，它们的可靠性通常受到不可控锌枝晶的限制。
在此，中国科学院大连化学物理研究所李先锋、袁治章、李国辉等人利用有机配体在负极和正极之间设计了一座人工桥，以实现锌基液流电池中锌成分从体液到负极界面区的快速转移。配体作为桥梁，首先与锌成分配位，然后吸附在负极表面，为锌成分构建定向三维传输通道，从而实现高度均匀致密的锌形态。
重要的是，以有机配体为负极的碱性锌-铁液流电池堆在 40 mA cm-2的条件下实现了约 700 小时的稳定循环，平均库仑效率为 98.04%，能量效率为 88.53%。
图1. 作用机制
总之，该工作利用 EDTA 配体在负极和正极之间架起了一座物理化学界面桥，用于碱性锌-铁液流电池。EDTA 配体不仅能改变锌成分的配位结构，从 Zn(OH)42变为 EDTA-Zn(OH)3，还能通过物理化学界面桥为锌成分构建快速离子传输通道。
得益于物理化学界面桥，Zn||Zn 对称电池在 80 mA cm-2的高电流密度下，通过理想的镀锌/条纹工艺，实现了11.75 Ah cm-2的显著总沉积累积容量。不含锌枝晶，AZIFB 单体电池和电池堆都能达到较高的循环性能。因此，该项工作能有效提高碱性锌铁液流电池的循环稳定性，缩小液流电池单体开发与电池堆运行之间的差距，为促进高效长寿命锌基电池的开发提供了一条可行的途径。
图2. AZIFB 和 AZIFB 电池堆的电解液性能
Artificial Bridge between Anode and Anolyte Enabled by Organic Ligand for Sustainable Zinc-Based Flow Batteries, Energy & Environmental Science 2023 DOI: 10.1039/d3ee02693k
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