1.?Small：氨基功能化界面層實(shí)現(xiàn)超均勻非晶固體電解質(zhì)界面助力高性能鋅電池

水系鋅離子電池具有高安全性、低成本且綠色環(huán)保等優(yōu)勢(shì)，有望成為下一代產(chǎn)業(yè)化儲(chǔ)能技術(shù)之一。但水系鋅離子電池的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用仍面臨著鋅負(fù)極枝晶生長(zhǎng)、電解液析氫和堿式硫酸鋅副產(chǎn)物累積等挑戰(zhàn)。研究表明，降低鋅離子與陰離子和溶劑化自由水之間的鍵能可以有效的減弱電解液析氫的活性，是消除金屬鋅負(fù)極與電解液副反應(yīng)的有效策略。

在此，浙江工業(yè)大學(xué)陶新永教授團(tuán)隊(duì)成功制備了氨基接枝細(xì)菌纖維素(NBC)保護(hù)層作為鋅金屬負(fù)極的人工固體電解質(zhì)界面(SEI)膜，為實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的鋅金屬負(fù)極提供了新途徑。首先，NBC上接枝的氨基可以提供豐富的配位點(diǎn)橋接鋅離子，均勻鋅離子遷移通量，顯著降低鋅的成核過電位，促使鋅離子沿著(002)晶面均勻沉積。其次，NBC促進(jìn)鋅負(fù)極表面形成均勻的非晶固體電解質(zhì)界面膜(SEI)，抑制了水系電解質(zhì)的腐蝕、析氫等副反應(yīng)的發(fā)生。

圖1.作用機(jī)制

總之，NBC保護(hù)層可以有效改善電極/電解液的界面，抑制析氫、腐蝕等副反應(yīng)的活性和鋅金屬枝晶的生長(zhǎng)。在2 mA cm^-2的電流密度下，改性后的鋅鈦半電池的平均CE接近99%，實(shí)現(xiàn)了鋅剝離/電鍍的高度可逆性?；贜BC@Zn負(fù)極組裝的全電池也表現(xiàn)出良好的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。NBC保護(hù)層的創(chuàng)新設(shè)計(jì)為保護(hù)鋅金屬負(fù)極的穩(wěn)定性開辟了新方向。

圖2. 全電池性能

Amino-Functionalized Interfacial Layer Enables an Ultra-Uniform Amorphous Solid Electrolyte Interphase for High-Performance Aqueous Zinc-Based Batteries,?Small 2023 DOI:?10.1002/smll.202304094

2. ACS Energy Letters：高性能氮摻雜多孔碳正極的層間距-陰離子匹配準(zhǔn)則

鋰離子電容器（LIC）結(jié)合了電池和超級(jí)電容器的優(yōu)點(diǎn)，可以兼容地提高能量/功率密度。?然而，目前對(duì)結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系的認(rèn)識(shí)限制了碳基電極的進(jìn)一步發(fā)展。

在此，華南理工大學(xué)陳國(guó)華教授、鄧遠(yuǎn)富教授等人發(fā)現(xiàn)層間通道的結(jié)構(gòu)影響氮摻雜多孔碳(NDPC)正極中離子的可及性和選擇性。并且通過電化學(xué)和光譜測(cè)量證明，大的層間通道為不同的陰離子提供了高的滲透性，并重新排列以緩沖體積變化。

相反，狹小的層間通道具有較高的離子選擇性，與較大的陰離子相互作用會(huì)產(chǎn)生畸變。該工作證明了層間距在NDPCs電雙層機(jī)制中的重要性。因此，該尺寸效應(yīng)可成功地應(yīng)用于開發(fā)高級(jí)激光器。

圖1. 結(jié)構(gòu)表征

具體而言，許多研究都忽略了層間通道對(duì)電容行為的尺寸效應(yīng)，該工作仔細(xì)探討了基于NDPC正極中層間距的重要性。通過電化學(xué)性能得到d間距能夠控制離子選擇性，并且當(dāng)它們尺寸匹配時(shí)有利于離子傳輸和調(diào)節(jié)。?通過光譜表征進(jìn)一步闡明了這一機(jī)制，證實(shí)層間空間不是固定、孤立的幾何限制，而是可以通過離子通道相互作用進(jìn)行調(diào)節(jié)，并且可以實(shí)時(shí)反映整體碳結(jié)構(gòu)。

?因此，應(yīng)將小離子引入窄縫中以獲得更好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和離子可及性?？傊?，該工作為NDPC的d-間距在EDLC中發(fā)揮的重要作用提供了新的見解。

圖2.電化學(xué)性能

An Interlayer Spacing-Anion Matching Guideline for High-Performance N-Doped Porous Carbon Cathode, ACS Energy Letters 2023 DOI:?10.1021/acsenergylett.3c00924

3. Advanced Functional Materials：調(diào)整電解質(zhì)溶劑化結(jié)構(gòu)和 CEI 薄膜實(shí)現(xiàn)持久的 FSI 雙離子電池

雙離子電池（DIB）是一種很有前途的儲(chǔ)能系統(tǒng)，具有高功率特性和快速充電能力。然而，電池的穩(wěn)定性和倍率性能很大程度上取決于電解質(zhì)中鹽和溶劑的類型。

在此，香港城市大學(xué)Denis Y. W. Yu團(tuán)隊(duì)研究了采用高溫穩(wěn)定性較好的雙氟磺酰亞胺鋰(LiFSI)作為DIB的鹽，設(shè)計(jì)了四種不同濃度(1,3,5和6 m LiFSI (FEC/FEMC = 3:7)，探討其對(duì)石墨基DIB電化學(xué)活性的影響。

圖1. 電解質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)

研究表明，3 M LiFSI氟乙烯碳酸酯/ 2,2,2-三氟乙基碳酸甲酯(FEC/FEMC) = 3:7的電解質(zhì)，在5C的倍率下循環(huán)2000次后，石墨-鋰DIB的容量保持率為94.1%。在30C時(shí)，DIB的容量為100.4 mAh g ^{– 1}、容量保持率為96.3%。并且通過X射線光電子能譜和活化能計(jì)算證明其優(yōu)異的電化學(xué)性能歸功于正極電解質(zhì)界面(CEI)薄層和快速的FSI?輸運(yùn)動(dòng)力學(xué)。

因此，石墨-石墨全電池具有優(yōu)異的循環(huán)和速率性能。但當(dāng)鹽濃度增加到5和6 M時(shí)，F(xiàn)SI -嵌入、脫出反應(yīng)緩慢，這主要是由于溶劑共嵌造成的。研究表明，電解質(zhì)對(duì)DIB的離子轉(zhuǎn)運(yùn)、表面膜的形成和穩(wěn)定性起著重要作用。

圖2. 全電池電化學(xué)性能

Tuning Electrolyte Solvation Structure and CEI Film to Enable Long Lasting FSI?-Based Dual-Ion Battery, Advanced Functional Materials? 2023 DOI:?10.1002/adfm.202300305

4. Nano Research: 新型共軛聚二亞酰亞胺鈉正極的綠色合成

有機(jī)羰基化合物的共軛聚合物因其具有可再生、結(jié)構(gòu)可變性以及在電解質(zhì)中不溶解等優(yōu)勢(shì)，有希望成為儲(chǔ)能器件中的電極材料。但是，其溶液合成方法繁瑣，分離純化復(fù)雜，需要引入官能團(tuán)和使用昂貴的催化劑。

在此，鄭州大學(xué)陳衛(wèi)華教授、鄭金云教授等人通過綠色簡(jiǎn)便的機(jī)械球磨策略成功制備了一種具有優(yōu)異熱穩(wěn)定性和較低溶解度的新型共軛聚（3,4,9,10苝四甲酰二亞胺）（PPI）。?將其用作鈉離子電池正極材料時(shí)，PPI表現(xiàn)出強(qiáng)的電化學(xué)動(dòng)力學(xué)、較好的倍率性能以及更高的放電容量。

圖1. PPI和PTCDI電池的電化學(xué)性能

具體而言，該工作通過綠色、簡(jiǎn)便的固相氧化偶聯(lián)方法設(shè)計(jì)并制備了一種具有π-π堆積結(jié)構(gòu)的羰基化合物PPI的新型共軛聚合物。?與單體PTCDI相比，所制備的PPI正極材料的不溶性和熱穩(wěn)定性得到有效提高。?此外，PPI電極表現(xiàn)出優(yōu)異的倍率性能和極其穩(wěn)定的長(zhǎng)循環(huán)性能，在0.2 C下具有超過450次循環(huán)的高容量。EIS和GITT測(cè)量表明，PPI電極具有優(yōu)異的動(dòng)力學(xué)性能，具有較小的電荷轉(zhuǎn)移阻力和較大的擴(kuò)散系數(shù)。?

理論計(jì)算和電化學(xué)表征表明，PPI中的部分C=O基團(tuán)是鈉儲(chǔ)存的主要氧化還原活性位點(diǎn)并提供可逆容量。?此外，還通過原位 XRD、原位拉曼、FT-IR、XPS 和 DFT 建模研究了 PPI 電極的存儲(chǔ)鈉機(jī)制，證明了通過羰基的烯醇化反應(yīng)實(shí)現(xiàn)鈉離子的有效嵌入/脫嵌。因此，?該研究為合成具有高電導(dǎo)率和低溶解度的共軛聚合物正極材料提供了一種綠色且易于工業(yè)化放大的方法。

Green synthesis of novel conjugated poly(perylene diimide) as cathode with stable sodium storage, Nano Research 2023 DOI:?10.1007/s12274-023-5871-z

5. Small?：定向誘導(dǎo)偶極電場(chǎng)促進(jìn)鋅離子脫溶劑化實(shí)現(xiàn)高穩(wěn)定無(wú)枝晶鋅金屬電池

水引起的副反應(yīng)和不受控制的鋅枝晶生長(zhǎng)是長(zhǎng)期存在的棘手問題，嚴(yán)重阻礙了水系鋅金屬電池的發(fā)展。然而，這些臭名昭著的問題與電解質(zhì)溶劑化結(jié)構(gòu)和鋅離子傳輸行為密切相關(guān)。

在此，中南大學(xué)潘安強(qiáng)教授、常智教授等人通過在鋅表面構(gòu)建定向誘導(dǎo)偶極電場(chǎng)，鋅離子的溶劑化結(jié)構(gòu)和輸運(yùn)行為都發(fā)生了根本改變。?在極化電場(chǎng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)垂直有序的鋅離子遷移軌跡，逐漸集中的鋅離子消除了與水相關(guān)的副反應(yīng)和鋅枝晶的生長(zhǎng)。因此，?極化電場(chǎng)下的鋅金屬表現(xiàn)出高的可逆性和無(wú)枝晶表面。?

圖1. 結(jié)構(gòu)表征及理論模擬結(jié)果

具體而言，該工作發(fā)現(xiàn)鋅金屬表面的無(wú)機(jī)鐵電材料可以促進(jìn)麥克斯韋電場(chǎng)的形成，該電場(chǎng)可以同時(shí)調(diào)節(jié)鋅離子的輸運(yùn)行為和溶劑化結(jié)構(gòu)。?得益于垂直有序的鋅離子遷移軌跡和逐漸集中的鋅離子，麥克斯韋電場(chǎng)下的鋅金屬可以避免與水相關(guān)的副反應(yīng)和不可控的鋅枝晶。?結(jié)果顯示，當(dāng)在麥克斯韋電場(chǎng)下循環(huán)時(shí)，Zn||Zn對(duì)稱電池的壽命比基于裸Zn的電池長(zhǎng)17倍以上（1400小時(shí)，在1 mAh cm^?2、1 mAh cm^?2下）， Zn||Cu半電池的庫(kù)倫效率也顯著提高至99.9%的超高值。

?此外，可實(shí)現(xiàn)2000次循環(huán)（約100％容量保持率）的超穩(wěn)定的NH₄V₄O₁₀||Zn半電池。?特別是在高負(fù)載MnO₂（約10mg cm^?2）和有限N/P比的惡劣條件下，所制備的實(shí)用級(jí)MnO₂||Zn軟包電池在150次循環(huán)后仍保持其初始容量的87.9%。因此，這一發(fā)現(xiàn)將極大地促進(jìn)了各種實(shí)用金屬電池的發(fā)展。

圖2. 電池性能

Aligned Dipoles Induced Electric-Field Promoting Zinc-Ion De-Solvation toward Highly Stable Dendrite-Free Zinc-Metal Batteries, Small? 2023 DOI:?10.1002/smll.202303457

6. Nature Communications：貧水水凝膠電解質(zhì)助力鋅離子電池

固態(tài)聚合物電解質(zhì)（SPE）和水凝膠電解質(zhì)（HPE）被開發(fā)為鋅離子電池（ZIB）的電解質(zhì)。水凝膠可以保留水分子并提供高離子電導(dǎo)率；然而，它們含有許多自由水分子，這不可避免地會(huì)在鋅負(fù)極上引起副反應(yīng)。SPE可以提高負(fù)極的穩(wěn)定性，但它們通常擁有低的離子導(dǎo)電性，并導(dǎo)致高阻抗。

在此，香港城市大學(xué)支春義教授、中國(guó)石油天然氣股份有限公司勘探開發(fā)研究院金旭高級(jí)工程師等人開發(fā)了一種貧水凝膠電解質(zhì)，旨在平衡離子轉(zhuǎn)移、負(fù)極穩(wěn)定性、電化學(xué)穩(wěn)定性窗口和電阻。

圖1. Zn||MnHCF電池的電化學(xué)性能

具體而言，該工作選擇了一種聚合物兩性離子（PZI）作為聚合物骨架，其中磺酸鹽終端結(jié)合了親水和親鋅的特性，鋅鹽作為配位單元發(fā)揮作用。研究顯示，磺酸鹽陰離子作為氫鍵受體的功能，可以被水分子潤(rùn)滑，以促進(jìn)鋅離子的解離，并增強(qiáng)水分子的電化學(xué)穩(wěn)定性。所設(shè)計(jì)的貧水水凝膠電解質(zhì)在貧水含量（20wt%）下提供了一個(gè)寬的電壓窗口和2.6 × 10^-3S cm^-1的離子傳導(dǎo)率。全電池表現(xiàn)出可忽略的產(chǎn)氣和優(yōu)秀的循環(huán)性能，在5C和1C的條件下分別達(dá)到4000次和1500次。

此外，貧水水凝膠電解質(zhì)表現(xiàn)出對(duì)電極的高粘附性，在柔性的ZIBs中提供了牢固的界面。總體而言，貧水水凝膠電解質(zhì)的設(shè)計(jì)在HPE和SPE之間提供了一個(gè)重要的平衡，以獲得高穩(wěn)定性和離子傳導(dǎo)性。

圖2. 附著力表征

Lean-water hydrogel electrolyte for zinc ion batteries, Nature Communications 2023 DOI:?10.1038/s41467-023-39634-8

7. 支春義AM：實(shí)現(xiàn)14500次循環(huán)鋅/鉀混合電池的完全活化和相變 Kfemnhcf

鐵氰酸鹽被認(rèn)為是鋅和鋅混合電池的優(yōu)良正極材料，特別是普魯士藍(lán)類似物(PBA)。然而，PBA的發(fā)展受到容量小(<70mAhg^-1)和壽命短(<1000個(gè)循環(huán)) 的阻礙。

在此，香港城市大學(xué)支春義教授團(tuán)隊(duì)通過富含OH的水凝膠電解質(zhì)實(shí)現(xiàn)了完全活化、相轉(zhuǎn)變Kfemnhcf用于Zn/K混合電池，并實(shí)現(xiàn)了14500次穩(wěn)定循環(huán)。首先，該工作采用聚丙烯酰胺@D(+)-葡萄糖一水合物(PAM@DM)制備了富含羥基的水凝膠，由于含有大量-OH官能團(tuán)的DM的存在使其親水性增強(qiáng)。

此外，將乙二醇(EG)與溶液電解液(1M KSO₃CF³⁺1M Zn(SO₃CF₃)₂)混合，制備了PAM@DM水凝膠電解質(zhì)(EG PAM@DM)。PAM@DM非常適合用于組裝的ZKHBs水溶液，表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。

圖1. 活化C-配位鐵和相變Kfemnhcf

具體而言，該工作以PBA為正極，采用低成本、富含羥基的水凝膠電解液和擴(kuò)展的電化學(xué)ESW組裝水系鋅鉀混合電池。電池表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能：14500次超長(zhǎng)壽命，在2.66Ag^-1倍率下的高比容量約100mAhg^-1，大的面積容量約1.8mAhcm^-2，高放電平臺(tái)1.7V-1.9V。

這些結(jié)果歸因于富OH水凝膠電解液的三個(gè)特性：(1)基于水凝膠電解液的擴(kuò)展ESWs；(2) Kfemnhcf在富含OH的水凝膠電解液中完全相變，保持了穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)；(3)水凝膠電解液的粘附性強(qiáng)，抑制了正極材料的脫落/溶解，富含-OH基團(tuán)使金屬離子容易去溶劑化，導(dǎo)致高度可逆的嵌入/脫嵌。因此，該工作開發(fā)的低成本水凝膠電解質(zhì)充分促進(jìn)了PBAS的活性中心，并增強(qiáng)了離子在PBAS中的解溶和擴(kuò)散，以實(shí)現(xiàn)高容量、高穩(wěn)定的電壓平臺(tái)和卓越的循環(huán)性。

圖2. 電化學(xué)性能

Completely Activated and Phase-Transformed Kfemnhcf for Zn/K Hybrid Batteries with 14500 Cycles by an OH-rich Hydrogel Electrolyte, Advance Materials DOI:10.1002/adma.202304878?

8. Energy & Environmental Science：用于先進(jìn)儲(chǔ)能的共價(jià)三嗪框架：挑戰(zhàn)和新機(jī)遇

與儲(chǔ)能系統(tǒng)中使用的無(wú)機(jī)電極材料相比，有機(jī)電極材料具有多個(gè)優(yōu)勢(shì)，包括輕質(zhì)性質(zhì)、結(jié)構(gòu)可控、高比容量、可用自然資源廣泛以及可回收性。然而，其低離子電導(dǎo)率和隨時(shí)間降解的敏感性導(dǎo)致性能較差和壽命較短。CTFs是一種共價(jià)有機(jī)框架，具有可控的孔隙度、可修改的結(jié)構(gòu)和多功能的優(yōu)勢(shì)。其特點(diǎn)是具有剛性的三嗪(C3N3)連接單元，具有良好的熱和化學(xué)穩(wěn)定性，使它們能夠在循環(huán)時(shí)抵抗結(jié)構(gòu)變形。近年來(lái)，共價(jià)三嗪框架(CTFs)已成為有機(jī)電極發(fā)展的一種有效策略。

在此，安徽大學(xué)張朝峰教授和澳大利亞阿德萊德大學(xué)郭再萍院士、張仕林研究員等人綜述了CTFs在儲(chǔ)能技術(shù)中的應(yīng)用，重點(diǎn)介紹了目前的研究現(xiàn)狀、存在的挑戰(zhàn)和潛在的未來(lái)研究方向。

圖1. 儲(chǔ)能設(shè)備性能提升的可能策略

具體而言，本綜述展示了CTFs的比表面積、孔隙密度和尺寸以及分子結(jié)構(gòu)如何通過使用預(yù)先合成的功能化策略來(lái)微調(diào)儲(chǔ)能應(yīng)用。此外，本綜述提出了合成后功能化方法，將CTFs與其他材料(如導(dǎo)電碳、聚合物和金屬)結(jié)合起來(lái)，以創(chuàng)建復(fù)合材料，從而在儲(chǔ)能應(yīng)用中獲得卓越的性能和耐久性。同時(shí)強(qiáng)調(diào)了結(jié)構(gòu)和化學(xué)修飾對(duì)CTFs儲(chǔ)能性能的重大影響，為先進(jìn)儲(chǔ)能材料的設(shè)計(jì)提供了見解。

總之，CTFs為可充電儲(chǔ)能系統(tǒng)的實(shí)際部署提供了一個(gè)有希望的途徑。設(shè)計(jì)具有高離子電導(dǎo)率和穩(wěn)定性的CTFs，以及改進(jìn)具有定制功能的CTFs的可控合成，對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的成功部署至關(guān)重要。應(yīng)繼續(xù)努力開發(fā)具有新穎拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的CTFs，并對(duì)影響性能的參數(shù)有更深入的了解。CTFs具有的結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)性、可加工性、化學(xué)和熱穩(wěn)定性、可回收性，甚至生物相容性都推動(dòng)了人們的興趣。因此，本綜述為未來(lái)CTFs的各種應(yīng)用提供了有價(jià)值的架構(gòu)設(shè)計(jì)思想。

圖2. CTFs基材料儲(chǔ)能面臨的挑戰(zhàn)與機(jī)遇

Covalent Triazine Frameworks for Advancd Energy Storage: Challenges and New Opportunities, Energy & Environmental Science 2023 DOI: 10.1039/d3ee01360j