1. 竇世學(xué)/陳立鋒/侯之國AFM：操縱氧空位加速離子動力學(xué)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的鋅離子電池！

釩基插層材料在水系鋅離子電池（ZIBs）中的應(yīng)用引起了廣泛關(guān)注。然而，由于強(qiáng)烈的靜電作用，鋅離子層間擴(kuò)散緩慢，嚴(yán)重限制了其實(shí)際應(yīng)用。

圖1 O_v-ZVO的理化和結(jié)構(gòu)表征

臥龍崗大學(xué)竇世學(xué)、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)陳立鋒、侯之國等制備了富氧空位的V₂O₅結(jié)構(gòu)（Zn_0.125V₂O₅·0.95H₂O nanoflowers，O_v-ZVO），其具有擴(kuò)大的層間空間和優(yōu)異的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，可用于制備優(yōu)良的ZIBs。

原位電子順磁共振（EPR）和X射線衍射（XRD）表征顯示，由于晶格水部分逸出，在相對較低的反應(yīng)溫度下產(chǎn)生了大量的氧空位。原位光譜和密度泛函理論（DFT）計(jì)算揭示了氧空位的存在降低了Zn²⁺在O_v-ZVO中的擴(kuò)散障礙，削弱了Zn和O原子之間的相互作用，從而有助于獲得優(yōu)異的電化學(xué)性能。

圖2 O_v-ZVO和ZVO的電化學(xué)性能

因此，Zn||Ov-ZVO電池在0.1 A g^-1條件下顯示出402 mAh g^-1的顯著容量，并在2673 W kg^-1條件下表現(xiàn)出193 Wh kg^-1的驚人能量輸出。此外，作為概念驗(yàn)證，Zn||O_v-ZVO小軟包電池在0.5 A g^-1時可達(dá)到350 mAh g^-1的高容量，顯示了其巨大的實(shí)際應(yīng)用潛力。該研究為氧空位納米結(jié)構(gòu)的形成和氧空位改善電化學(xué)性能提供了基本見解，為缺陷功能化先進(jìn)材料的發(fā)展提供了新的途徑。

圖3 O_v-ZVO正極的Zn²⁺存儲機(jī)制

Manipulating Oxygen Vacancies to Spur Ion Kinetics in V2O5 Structures for Superior Aqueous Zinc-Ion Batteries. Advanced Functional Materials 2023. DOI: 10.1002/adfm.202305659

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2. 麥立強(qiáng)/羅雯Small Methods：共溶劑電解液設(shè)計(jì)抑制K⁺/Zn²⁺混合電池的相變

六氰合鐵酸錳（MnHCF）具有無毒、能量密度高、成本低等優(yōu)點(diǎn)，是最有前景的水系電池正極材料之一。但是從MnHCF到六氰合鐵酸鋅（ZnHCF）的相變以及Zn²⁺較大的斯托克斯半徑會導(dǎo)致水系鋅電池快速的容量衰減和較差的倍率性能。

圖1 電解液設(shè)計(jì)

武漢理工大學(xué)麥立強(qiáng)、羅雯等設(shè)計(jì)并構(gòu)建了碳酸丙烯酯（PC）-三氟甲磺酸（OTF）-H₂O的溶劑化結(jié)構(gòu)，以解決上述難題。具體而言，這項(xiàng)工作以MnHCF為正極，鋅金屬為負(fù)極，KOTf/Zn(OTf)₂為電解液，PC為共溶劑，制備了K⁺/Zn²⁺混合電池。

研究顯示，PC的加入可以有效地調(diào)整電解液的溶劑化結(jié)構(gòu)，形成PC-OTF-H₂O的手拉手結(jié)構(gòu)，在一定程度上抑制了MnHCF向ZnHCF的相變，此外，PC的加入還抑制了鋅的枝晶生長和析氫反應(yīng)。

圖2 電解液的溶劑化結(jié)構(gòu)表征

受益于上述優(yōu)勢，MnHCF/Zn混合共溶劑電池在1 A g^-1條件下表現(xiàn)出118 mAh g^-1的可逆容量和高循環(huán)性能，循環(huán)1000次后容量保持率為65.6%，并在2.5 A g^-1條件下循環(huán)8000次后容量保持率為66.7%。該研究結(jié)果表明，合理設(shè)計(jì)電解液的溶劑化結(jié)構(gòu)對高能量密度水系混合離子電池的開發(fā)具有重要意義。

圖3 電化學(xué)性能研究

Co-Solvent Electrolyte Design to Inhibit Phase Transition toward High Performance K+/Zn2+ Hybrid Battery. Small Methods 2023. DOI: 10.1002/smtd.202300617

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3. 王波/張迪AFM：金屬納米顆粒與含氧官能團(tuán)協(xié)同，實(shí)現(xiàn)碳負(fù)極快速穩(wěn)定儲鉀

碳材料表面接枝的含氧官能團(tuán)（OFGs）可作為活性位點(diǎn)可逆地儲存鉀，同時有助于形成穩(wěn)定的固態(tài)電解質(zhì)界面層，從而提高容量和循環(huán)穩(wěn)定性。然而，過量的OFGs會破壞導(dǎo)電性，從而導(dǎo)致電子轉(zhuǎn)移電阻增加，進(jìn)而造成倍率低下。

圖1 材料制備及表征

河北科技大學(xué)王波、張迪等從理論上證明了嵌入的金屬Co粒子可以與OFGs中的C-O-C分子協(xié)同作用，加速鉀離子吸附（△E = -1.62 eV），并調(diào)節(jié)電子結(jié)構(gòu)，從而保證高容量和高倍率。有鑒于此，植入Co的O-摻雜碳得到了很好的應(yīng)用，此外，作者發(fā)現(xiàn)熱解溫度可以有效調(diào)節(jié)Co含量和C-O-C比例。各種表征表明，引入的Co不僅顯著提高了C-O-C對鉀離子的吸附能力，而且催化了石墨碳的生成。

圖2 Co@C-850樣品的電化學(xué)性能

得益于這些優(yōu)勢（如吸附能力和導(dǎo)電性能的增強(qiáng)），最佳Co含量和C-O-C比例的樣品具有254.7 mAh g^-1的高容量和優(yōu)異的倍率能力（在2 A g^-1條件下為202.9 mAh g^-1），同時具有超過2000次循環(huán)的長循環(huán)穩(wěn)定性，顯著優(yōu)于之前報(bào)道的大多數(shù)碳負(fù)極。這項(xiàng)工作為應(yīng)用金屬納米粒子和表面官能團(tuán)物種的協(xié)同效應(yīng)開發(fā)高性能鉀離子電池提供了新的視角。

圖3 全電池性能

Cobalt Nanoparticles Synergize with Oxygen-Containing Functional Groups to Realize Fast and Stable Potassium Storage for Carbon Anode. Advanced Functional Materials 2023. DOI: 10.1002/adfm.202304753

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4. 楊會穎/周江ACS Energy Lett.：低成本添加劑實(shí)現(xiàn)高可逆鋅金屬電池

由枝晶和寄生副反應(yīng)造成的不穩(wěn)定鋅界面極大地阻礙了水系鋅金屬電池（AZMBs）的應(yīng)用。

圖1 Zn-EDL的結(jié)構(gòu)和界面行為的示意圖

新加坡科技設(shè)計(jì)大學(xué)楊會穎、中南大學(xué)周江等提出了一種高效的吸附添加劑策略來重塑電雙層并調(diào)節(jié)鋅界面化學(xué)性質(zhì)。具體而言，由于2-羥基-4′-(2-羥基乙氧基)-2-甲基苯丙酮(Irgacure 2959)具有較強(qiáng)的吸附能力、分子間氫鍵和暴露的強(qiáng)電負(fù)羰基，因此被選用。所構(gòu)建的自適應(yīng)吸附層有助于形成局部的H₂O、SO₄^2-貧化環(huán)境和沿(002)平面的鋅沉積水平排列，從而賦予鋅電化學(xué)熱力學(xué)穩(wěn)定性和高度可逆性。

圖2 半電池性能

因此，在2 M ZnSO₄電解液中，僅需0.1 g L^-1 Irgacure 2959就實(shí)現(xiàn)了3800小時的可逆沉積/剝離和99.8%的高庫侖效率，此外，即使在65% DOD條件下，也能實(shí)現(xiàn)330 h的可逆沉積/剝離。

更令人感興趣的是，在實(shí)際應(yīng)用中，這種經(jīng)濟(jì)型添加劑（0.016美元L^-1）可使Zn/VS₂電池在2.5的低正負(fù)容量比（正極質(zhì)量負(fù)載：10.8 mg cm^-2）下穩(wěn)定放電500次。該工作驗(yàn)證了Zn的界面化學(xué)性質(zhì)與內(nèi)亥姆霍茲平面(IHP)中的吸附物種相關(guān)，并為經(jīng)濟(jì)型長壽命AZMB和類似存儲介質(zhì)的吸附型添加劑設(shè)計(jì)提供了基本見解。

圖3 全電池性能

Interfacial Molecule Engineering for Reversible Zn Electrochemistry. ACS Energy Letters 2023. DOI: 10.1021/acsenergylett.3c00859

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5. 浙江大學(xué)EnSM：?；撬峤閷?dǎo)的動態(tài)橋接策略實(shí)現(xiàn)高穩(wěn)定鋅金屬負(fù)極

圖1 電解液設(shè)計(jì)

枝晶生長和寄生反應(yīng)是鋅金屬負(fù)極的重要問題。浙江大學(xué)葉志鎮(zhèn)、黃靖云、王勇等首次提出了一種在改性的Zn²⁺溶劑化鞘和改良的表面內(nèi)亥姆霍茲平面（IHP）吸附之間進(jìn)行動態(tài)橋接的策略，來提高鋅負(fù)極的可逆性。

為此，這項(xiàng)工作引入了一種β-氨基酸鏈添加劑–?；撬幔═A）作為媒介。由于-NH₂基團(tuán)(-NH₃)的質(zhì)子化和-SO₃H基團(tuán)(-SO₃)的去質(zhì)子化，TA分子在水溶液中以兩親性存在，相互之間存在鹽橋作用。CV測試的峰形保持不變，表明TA不易被還原，這是由于電正性的-NH₃⁺基團(tuán)和電負(fù)性的-SO₃^–基團(tuán)被兩個碳原子隔開的緣故。TA的-NH₃和-SO₃基團(tuán)分別與Zn負(fù)極和Zn²⁺具有很高的親和力，可以同時調(diào)節(jié)溶劑化鞘和IHP吸附，從而抑制析氫反應(yīng)。

圖2 半電池性能

通過-SO₃和-NH₃之間的鹽橋作用，通道可以誘導(dǎo)含TA的溶劑化Zn²⁺優(yōu)先遷移和沉積，形成（002）紋理，而剩余的TA則吸附在表面形成新的通道。吸附在IHP中的TA由于靜電排斥作用而被洗脫，并與剝離的Zn²⁺重組為溶劑化的分子。動態(tài)轉(zhuǎn)換過程僅使用微量的TA介質(zhì)就能顯著提高Zn沉積/剝離穩(wěn)定性（超過4000小時），并在2400次循環(huán)中將平均庫侖效率（CE）提高到99.9%。

此外，在每個試驗(yàn)條件下都能實(shí)現(xiàn)低極化電壓誘導(dǎo)均勻成核?？傮w而言，這項(xiàng)工作為實(shí)現(xiàn)高性能水系鋅金屬電池（AZMBs）的電解液工程提供了新的見解。

圖3 Zn||α-MnO₂全電池性能

Taurine-Mediated Dynamic Bridging Strategy for Highly Stable Zn Metal Anode. Energy Storage Materials 2023. DOI: 10.1016/j.ensm.2023.102882

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6. 翟登云/康飛宇A(yù)FM：4.9 V鉀離子全電池

采用石墨負(fù)極和高壓正極的鉀離子電池被認(rèn)為是大規(guī)模儲能的最佳選擇。然而，缺乏合適的電解液嚴(yán)重阻礙了高壓鉀離子電池的發(fā)展。

圖1 電解液的氧化穩(wěn)定性及Al集流體分析

清華大學(xué)深圳國際研究生院翟登云、康飛宇等提出了一種含氟磷酸鹽的?。?.8 m）電解液，它與石墨負(fù)極和高壓正極都表現(xiàn)出非凡的兼容性。磷酸酯溶劑-三(2,2,2-三氟乙基)磷酸酯(TFP)具有弱溶劑化能力，不僅能在石墨負(fù)極上形成穩(wěn)固的陰離子衍生固態(tài)電解質(zhì)相，而且能在高壓下有效抑制Al集流體的腐蝕。同時，氟化TFP溶劑的高氧化穩(wěn)定性使氟磷酸釩鉀(KVPO₄F)正極能夠穩(wěn)定地進(jìn)行超高壓(4.95 V)循環(huán)。

圖3 K/KVPO₄F半電池性能

受益于上述優(yōu)勢，采用TFP基電解液，基于石墨負(fù)極和KVPO₄F正極的4.9 V級鉀離子全電池顯示出相當(dāng)優(yōu)異的循環(huán)性能，200次循環(huán)后容量保持率高達(dá)87.2%。這種同時兼容4.9 V級正極和石墨負(fù)極的稀電解液目前尚未見報(bào)道，因此，該研究為利用具有弱溶劑化能力和高氧化穩(wěn)定性的溶劑開發(fā)高壓鉀離子電池稀電解液提供了一條途徑。

圖3 石墨/KVPO₄F全電池性能

A Dilute Fluorinated Phosphate Electrolyte Enables 4.9 V-Class Potassium Ion Full Batteries. Advanced Functional Materials 2023. DOI: 10.1002/adfm.202305829

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7. 孔令斌Small：核殼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)顯著提高鈉離子電池的倍率和循環(huán)性能

普魯士藍(lán)類似物成本低廉，理論比容量高，非常適合作為鈉離子電池的正極材料。普魯士藍(lán)類似物之一的Na_xCoFe(CN)₆ (CoHCF)具有較差的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性，而Na_xFeFe(CN)₆ (FeHCF)具有較好的倍率性能和循環(huán)性能。

圖1 樣品形貌分析

蘭州理工大學(xué)孔令斌等設(shè)計(jì)了以CoHCF為核，F(xiàn)eHCF為殼的CoHCF@FeHCF核殼結(jié)構(gòu)，以提高其電化學(xué)性能。TEM證明了核殼結(jié)構(gòu)的成功制備，TG表明復(fù)合材料樣品的結(jié)晶水含量較低。通過電化學(xué)性能測試，核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合材料樣品在20C高倍率下的比容量為54.8 mAh g^-1，在1C下循環(huán)100次的容量保持率為84.1%，在5C下循環(huán)200次的容量保持率為82.7%；而未改性的Co-HCF在20C高倍率下比容量幾乎消失，在1C下循環(huán)100次的容量保持率為78.5%，在5C下循環(huán)200次的容量保持率為59.9%。

圖2 不同電極的電化學(xué)性能對比

動力學(xué)分析表明，在0.2 mV s^-1條件下，CoHCF@FeHCF的表面電容為69.25%，高于未改性CoHCF的51.92%。由CV計(jì)算的表觀鈉離子擴(kuò)散系數(shù)表明，CoHCF@FeHCF核殼結(jié)構(gòu)的單個氧化還原峰具有更大的鈉離子擴(kuò)散動力學(xué)特性，EIS測試的表觀鈉離子擴(kuò)散系數(shù)也有類似的結(jié)論。因此，核殼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)有利于加速電極的動力學(xué)過程。

圖3 動力學(xué)研究

Designing CoHCF@FeHCF Core–Shell Structures to Enhance the Rate Performance and Cycling Stability of Sodium-Ion Batteries. Small 2023. DOI: 10.1002/smll.202302788

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8. 熊訓(xùn)輝Nature子刊：人工動態(tài)凝膠SEI助力超高比率大容量鋰金屬負(fù)極

構(gòu)建穩(wěn)定的人工SEI已成為克服鋰金屬負(fù)極差可逆性的最有效策略之一，但在10 mA cm^-2以上的高電流密度和10 mAh cm^-2以上的大面積容量條件下，其保護(hù)作用仍顯不足。

圖1 CS/DF-PEG-DF薄膜的設(shè)計(jì)和力學(xué)性能

華南理工大學(xué)熊訓(xùn)輝等報(bào)告了一種動態(tài)凝膠來制備堅(jiān)固的人工層，以在超高電流密度和面容量下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的鋰金屬負(fù)極。具體而言，這項(xiàng)工作通過殼聚糖（CS）和二苯甲醛封端的遙爪聚乙二醇（DF-PEG-DF）在二甲基亞砜（DMSO）溶劑中的交聯(lián)反應(yīng)制備了動態(tài)凝膠。

得益于柔性聚乙二醇（PEG）骨架和離子導(dǎo)電的剛性殼聚糖組分，CS/DF-PEG-DF-SEI層具有足夠的延展性、良好的機(jī)械強(qiáng)度和高離子導(dǎo)電性。此外，CS中豐富的極性基團(tuán)為與鋰金屬的有效粘附和Li⁺在Li/電解質(zhì)界面的均勻分布提供了大量的相互作用位點(diǎn)。

圖2 CS/DF-PEG-DF@Li的反應(yīng)機(jī)理和化學(xué)穩(wěn)定性

結(jié)果，CS/DF-PEG-DF@Li負(fù)極在0?mAh?cm^?2和10?mA?cm^?2的條件下，表現(xiàn)出前所未有的循環(huán)穩(wěn)定性，超過3200小時。此外，它還實(shí)現(xiàn)了優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性，并具有88.0%的超高鋰?yán)寐?。?dāng)與高負(fù)載真極配對時，CS/DF-PEG-DF@Li負(fù)極也顯示出增強(qiáng)的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。作者認(rèn)為，同時具有優(yōu)異的機(jī)械性能和高離子電導(dǎo)率將是穩(wěn)定SEI的關(guān)鍵因素，這可以為穩(wěn)定鋰金屬負(fù)極的界面設(shè)計(jì)提供啟示。

圖3 Li||Cu半電池和Li||S/Li||LFP全電池的電化學(xué)性能

Dynamic gel as artificial interphase layer for ultrahigh-rate and large-capacity lithium metal anode. Nature Communications 2023. DOI：10.1038/s41467-023-39636-6