1. Journal of the American Chemical Society：膠體碳環(huán)的高產(chǎn)率合成及其在Li-O2電池中的應(yīng)用

在多孔電極中使用碳材料具有令人印象深刻的優(yōu)勢(shì)。然而，精確定制碳電極的多級(jí)孔隙結(jié)構(gòu)仍是一項(xiàng)尚未解決的挑戰(zhàn)。

在此，中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所劉冰，文銳等人報(bào)告了一種高效的位點(diǎn)選擇性生長(zhǎng)策略，通過(guò)模板化斑狀液滴來(lái)合成膠體碳環(huán)。碳環(huán)可用于直接制造鋰氧電池（LOB）具有分級(jí)孔的自支撐多孔電極。原位原子力顯微鏡顯示，在放電過(guò)程中，放電產(chǎn)物在碳環(huán)上密集成核和生長(zhǎng)，因此這種環(huán)是LOB中非常有潛力的電極材料。

中空碳環(huán)電極（HCRE）具有由環(huán)的隨機(jī)堆積形成的微米級(jí)通道和由壁中的納米孔連接的環(huán)形空腔組成的納米通道。這兩個(gè)通道都有助于離子傳輸和氣體擴(kuò)散，但放電產(chǎn)物的儲(chǔ)存主要位于微米級(jí)通道中，導(dǎo)致LOB的高放電容量（20?658mAh/g）。

圖1. 合成策略

總之，該工作基于斑狀液滴的定點(diǎn)選擇性模板策略高效合成了直徑和長(zhǎng)徑比可調(diào)的單分散碳膠體環(huán)，并成功地用于制備自支撐和無(wú)粘合劑的LOB電極。微米級(jí)和納米級(jí)通道的組合使碳環(huán)電極表現(xiàn)出優(yōu)異的比容量。

此外，作者發(fā)現(xiàn)即使具有微米級(jí)通道，放電產(chǎn)物的沉積仍然會(huì)阻礙Li⁺的傳輸，這證明了在電極中構(gòu)建大通道的重要性，并提出了提高放電容量的可能方向。因此，所構(gòu)建的分級(jí)多孔環(huán)形電極在電催化和電化學(xué)儲(chǔ)能方面具有潛在的應(yīng)用。

圖2. 空心碳環(huán)電極用于Li-O₂電池

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：尿素基水合共晶電解質(zhì)用于水系鋁鋅混合離子電池

水性多價(jià)離子電池由于其固有的成本效益和生態(tài)友好性，比非水性多價(jià)離子電池更適合大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用。因此，開(kāi)發(fā)新的電解質(zhì)并尋找兼容的正負(fù)極材料是提高電池性能和可逆性的關(guān)鍵。

在此，上海交通大學(xué)魏良明，李金金、湖北航天化學(xué)技術(shù)研究所郭翔等人通過(guò)Al₂(SO₄)₃·18H₂O和尿素的偶聯(lián)，提出了一種新型的鋁-尿素水合共晶電解質(zhì)(AUHEE)。尿素輔助的水合鋁離子削弱了鋁離子與水分子之間的強(qiáng)相互作用，從而通過(guò)抑制脫氫來(lái)抑制負(fù)極處的氫沉淀和鈍化。

獨(dú)特的電解質(zhì)溶劑化結(jié)構(gòu)使V₂O₅/AUHEE/Zn電池表現(xiàn)出高放電容量（250 mAh g^-1）和長(zhǎng)循環(huán)壽命（1500次循環(huán)），為高性能水系多價(jià)離子電池的開(kāi)發(fā)提供了新的見(jiàn)解。

圖1. 結(jié)構(gòu)表征

總之，該工作通過(guò)Al₂(SO₄)₃·18H₂O與尿素偶聯(lián)創(chuàng)建了一種新型尿素基水合共晶電解質(zhì) (AU15)，并發(fā)現(xiàn)了相容的正極材料 (V₂O₅)。AU15具有成本效益、空氣穩(wěn)定性、環(huán)保、弱腐蝕性、高離子電導(dǎo)率和寬電化學(xué)窗口等優(yōu)點(diǎn)。更重要的是，深度共晶效應(yīng)是由尿素和Al³⁺之間的強(qiáng)相互作用引發(fā)的。

實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算表明，尿素和水在Al³⁺初級(jí)溶劑化殼中的共存導(dǎo)致了[Al(Urea)x(H₂O)y]³⁺物質(zhì)的形成。此外，在電池充電過(guò)程中，鋅負(fù)極和電解液之間的界面形成一層鋁鋅合金，提高了負(fù)極反應(yīng)的可逆性。V₂O₅/AU15/Zn電池具有高容量（250 mAh g^-1）和長(zhǎng)循環(huán)壽命（1500次循環(huán)）。因此，該項(xiàng)工作為開(kāi)發(fā)空氣穩(wěn)定、長(zhǎng)循環(huán)壽命的水系多價(jià)離子電池提供了一條有效途徑。

圖2. 電池性能

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：通過(guò)可擴(kuò)展的自組裝硫醇層抑制枝晶形成和電極腐蝕實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的水系鋅電池

鋅金屬負(fù)極在水系鋅電池中的實(shí)際應(yīng)用受到水性電解質(zhì)中枝晶生長(zhǎng)、負(fù)極腐蝕和析氫反應(yīng)的阻礙。

在此，香港城市大學(xué)支春義，深圳大學(xué)劉卓鑫，南方科技大學(xué)李洪飛等人報(bào)告了一種簡(jiǎn)單、節(jié)能且可擴(kuò)展的方法可有效緩解水系鋅電池存在的問(wèn)題。具體而言，作者使用1-己硫醇(HT)，在鋅負(fù)極表面原位形成具有高度有序結(jié)構(gòu)的疏水性自組裝硫醇層(SAML)。這種超薄界面結(jié)構(gòu)引導(dǎo)均勻的鋅沉積，并保護(hù)鋅負(fù)極免受水和氧引起的腐蝕，從而有效抑制枝晶形成和副反應(yīng)。

因此，HT-Zn電極表現(xiàn)出極高的電化學(xué)穩(wěn)定性和可逆性，并且組裝好的HT-Zn||I₂全電池提供了更高的比容量(1 A g^-1時(shí)從112 mAh g^-1到155 mAh g^-1)和超穩(wěn)定的循環(huán)性能(在4 A g^-1下延長(zhǎng)1500次循環(huán)期間容量為零)。特別地，該工作制備了一種大尺寸的軟包電池，它可以穩(wěn)定運(yùn)行1000次循環(huán)，每個(gè)循環(huán)的容量衰減僅為0.0098%，庫(kù)侖效率超過(guò)99.1%。

圖1. HT分子的模擬

總之，該工作展示了一種創(chuàng)新且可擴(kuò)展的方法來(lái)解決水系鋅電池中枝晶形成、電極腐蝕和析氫的固有問(wèn)題。通過(guò)在鋅負(fù)極表面原位形成疏水性HT-SAML，促進(jìn)鋅的均勻沉積并排斥腐蝕性水分子，顯著提高了鋅負(fù)極的穩(wěn)定性和可逆性。結(jié)果表明，HT-SAML對(duì)Zn提供了出色的保護(hù)，同時(shí)抑制了枝晶形成和電極腐蝕，在1 mA cm^-2,1 mAh cm^-2下，HT-Zn對(duì)稱(chēng)電池的鍍鋅/剝離壽命延長(zhǎng)了1800 h以上，在10 mA cm^-2,5 mAh cm^-2下延長(zhǎng)了約110 h。

此外，HT-Zn||I₂全電池實(shí)現(xiàn)了比容量的顯著增加，在1 A g^-1時(shí)從112 mAh g^-1升至155 mAh g^-1，并且具有出色的循環(huán)性能，在4.0 A g^-1下延長(zhǎng)1500次充電放電循環(huán)期間顯示出零容量衰減。此外，HT-Zn||I₂軟包電池被證明可以連續(xù)運(yùn)行超過(guò)1000個(gè)循環(huán)，其CE高達(dá)約99.1%，并且每個(gè)循環(huán)的容量衰減僅為0.0098%。因此，該工作強(qiáng)調(diào)了自組裝層在水系鋅電池中的潛力，激發(fā)了未來(lái)進(jìn)一步提高水水系電池的效率和耐用性的研究。

圖2. 電池性能

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：液態(tài)金屬-彈性體密封件用于可拉伸有機(jī)電解質(zhì)鋰離子電池

可穿戴電子產(chǎn)品的快速發(fā)展需要可拉伸電池。有機(jī)電解質(zhì)基鋰離子電池（LIBs）具有能量密度高、工作電壓范圍寬的優(yōu)點(diǎn)，在電力市場(chǎng)上占有很大的份額。由于對(duì)水分和氧氣的高敏感性，當(dāng)它們直接暴露于空氣中時(shí)，很難獲得長(zhǎng)期可靠的基于可拉伸有機(jī)電解質(zhì)的LIBs。

在此，上海交通大學(xué)尚文，鄧濤等人得益于液態(tài)金屬（LM）卓越的氣體不滲透性和聚異丁烯（PIB）對(duì)反應(yīng)性酸性氣體分子相對(duì)良好的阻隔性能，LM-PIB密封被證明適用于基于有機(jī)電解質(zhì)的LIBs。在密封中，LM可以防止氧氣和水蒸氣的向內(nèi)滲透，PIB可以阻止基于有機(jī)電解質(zhì)的LIBs操作過(guò)程中副反應(yīng)產(chǎn)生的水解酸的向外滲透，這有助于防止水解酸和LM之間的有害相互作用。

圖1. 不同可拉伸有機(jī)電解質(zhì)基 LIB 的密封性能

總之，該工作利用LM優(yōu)異的氣密性和低楊氏模量以及PIB相對(duì)良好的酸性氣體阻隔性等優(yōu)點(diǎn)，展示了用于可拉伸有機(jī)電解質(zhì)基LIB的穩(wěn)定LM-PIB密封。該密封件實(shí)現(xiàn)了 2.7-4.1 V 的寬工作電壓區(qū)間和 120 mAh g^?1 的較高比容量。

本文采用LM-PIB密封，有機(jī)電解質(zhì)基鋰離子電池表現(xiàn)出穩(wěn)定的性能，40次循環(huán)后容量仍保持在92.64%，并且在不同變形循環(huán)下也表現(xiàn)出穩(wěn)定的運(yùn)行。通過(guò)在氧化鎳/石墨體系中加入保護(hù)性添加劑，可以進(jìn)一步提高容量保持能力。因此，LM-PIB 密封件的性能為未來(lái)穩(wěn)定的可拉伸有機(jī)電解質(zhì)電池提供了有希望的方向。

圖2. 可拉伸有機(jī)電解質(zhì)鋰離子電池的應(yīng)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：具有快速本體擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)的軟碳硫脲用于固態(tài)鋰金屬電池

長(zhǎng)期以來(lái)，由于鋰（Li）枝晶快速生長(zhǎng)導(dǎo)致的庫(kù)侖效率低、壽命短、倍率性能差等問(wèn)題一直阻礙著全固態(tài)鋰金屬電池（ASSLMB）的發(fā)展。

在此，中國(guó)科學(xué)院物理所吳凡團(tuán)隊(duì)通過(guò)硫脲煅燒法開(kāi)發(fā)了一種擴(kuò)大層間距的多擴(kuò)散通道 N,S 摻雜軟碳，用于無(wú)枝晶型負(fù)極。由于擴(kuò)大的層間距可以提高層內(nèi)的 Li⁺ 傳輸速率，而 N,S 摻雜可以促進(jìn)層間的 Li⁺ 傳輸，因此可以改善體相擴(kuò)散（而不僅僅是表面擴(kuò)散）動(dòng)力學(xué)，進(jìn)而降低局部電流密度，抑制鋰枝晶的生長(zhǎng)，提高倍率性能。由此產(chǎn)生的 ASSLMB 實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)紀(jì)錄的高電流密度（15 mA cm^-2）、面容量（20 mAh cm^-2）、能量密度（403 Wh kg^-1）和超長(zhǎng)循環(huán)壽命（13,000 次）。

圖1. 電池性能

總之，該工作利用硫脲煅燒軟碳制備了一種具有快速體擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)的多擴(kuò)散通道軟碳-硫脲-鋰負(fù)極，它能促進(jìn)金屬鋰在負(fù)極內(nèi)均勻沉積，從而在超高電流密度下抑制鋰枝晶的生長(zhǎng)。硫脲在煅燒過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生NH₃和H₂S，熱氣體分子能夠拓寬軟碳的層間距，從而促進(jìn)Li⁺的傳輸。此外，Li⁺可以快速擴(kuò)散到整個(gè)負(fù)極，并在整個(gè)區(qū)域內(nèi)沉積，從而降低局部電流密度。

因此，在 0.25 mAh cm^-2時(shí)，鋰離子對(duì)稱(chēng)電池表現(xiàn)出 36 mA cm^-2的超高臨界電流密度。采用 SC-TU-Li 負(fù)極和 LCO 正極的 ASSB 在 30 ℃（15 mA cm^-2）下循環(huán) 13,000 次后，容量保持率高達(dá)95%。電流密度和循環(huán)壽命都打破了迄今為止固態(tài)電池的最高水平（8.6 mA cm^-2和 10,000 次循環(huán)）。因此，該工作報(bào)告的 SC-TU-Li 負(fù)極在實(shí)際應(yīng)用中具有巨大潛力，并可能代表 ASSB 開(kāi)發(fā)過(guò)程中最重要的突破之一。

圖2.相場(chǎng)模擬

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：表面功函數(shù)誘導(dǎo)鋰離子電池負(fù)極熱損SEI形成

化學(xué)成分顯著影響石墨和SiO電極的固有電表面性質(zhì)，進(jìn)而顯著改變了負(fù)極上固體電解質(zhì)界面（SEI）的熱穩(wěn)定性。

在此，韓國(guó)電子技術(shù)研究所Hyun-seung Kim，韓國(guó)西江大學(xué)Seoin Back，成均館大學(xué)Junyoung Mun等人關(guān)注表面電子電導(dǎo)率引起的SEI化學(xué)成分的變化。即由于石墨邊緣平面的功函數(shù)低于以二氧化硅為主的二氧化硅電極，因此在電極初始鋰化時(shí)，電荷向電解質(zhì)的轉(zhuǎn)移會(huì)受到二氧化硅高功函數(shù)的阻礙。由于氧化硅上 SEI 薄膜的溶解度增加，使其在較高溫度下比石墨電極更容易發(fā)生自放電，因此與石墨電極相比，氧化硅電極在高溫下的電化學(xué)性能較差。為了提高氧化硅電極在高溫下的性能，必須改變硅基電極的表面功函數(shù)或電解質(zhì)添加劑的最低未占據(jù)分子軌道能級(jí)。

圖1. 結(jié)構(gòu)分析

總之，石墨和SiO電極的內(nèi)在電子表面特性在其化學(xué)組成方面不同，這極大地改變了電極的熱穩(wěn)定性。石墨邊緣平面的功函數(shù)低于以二氧化硅為主的一氧化硅電極的功函數(shù)，由于二氧化硅的高功函數(shù)，這阻礙了電荷在初始形成過(guò)程中向電解質(zhì)的轉(zhuǎn)移。因?yàn)楦唠娮璧亩趸璞砻嬖黾恿丝蓸O化的電極表面，所以由整體電解反應(yīng)產(chǎn)生的正極電流減少；因此，電解質(zhì)的還原限于單個(gè)e反應(yīng)，導(dǎo)致SiO₂電極無(wú)無(wú)機(jī)物SEI。

然而，極化性較低的石墨表面有效地將電子轉(zhuǎn)移到電解質(zhì)，形成2e還原的化合物L(fēng)i₂CO₃。SEI的組成變化導(dǎo)致其在溶劑中在SiO₂上的溶解度增加，因?yàn)長(zhǎng)i₂CO₃的Li結(jié)合能高于典型的低聚LEDC和LMC的結(jié)合能。與石墨相比，SEI膜在SiO₂上溶解度的增加了高溫下的自放電，這是SiO₂電極與石墨電極相比高溫性能較差的主要原因。因此，Si基電極的表面功函數(shù)或電解質(zhì)添加劑的LUMO能級(jí)的調(diào)節(jié)對(duì)于改善SiO電極的高溫性能至關(guān)重要。

圖2. DFT計(jì)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：共價(jià)有機(jī)框架對(duì)氯化鋰氧化的有機(jī)催化實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定鋰-氯電池

可充電鋰離子電池是一種很有前途的高能量密度電池系統(tǒng)。然而，由于LiCl緩慢氧化為Cl₂，只有在低比容量下才能實(shí)現(xiàn)合理的循環(huán)壽命。

在此，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)陳維團(tuán)隊(duì)提出了一種具有催化活性的胺官能化共價(jià)有機(jī)骨架（COF），即COF-NH₂，它顯著降低了LiCl的氧化勢(shì)壘，并加速了Li-Cl₂電池中LiCl的抗氧化動(dòng)力學(xué)。使用COF-NH₂得到的Li-Cl₂電池(Li-Cl₂@ COF-NH₂)同時(shí)表現(xiàn)出低過(guò)電位、高達(dá)3500mAh/g的超高放電容量和81.4%的第一次循環(huán)時(shí)沉積的LiCl的促進(jìn)利用率（UR-LiCl），這是迄今為止的最高報(bào)告值。

此外，Li-Cl₂@COF-NH₂當(dāng)電池在-20°C下以2000 mAh/g的容量運(yùn)行，庫(kù)侖效率（CE）約為100%，放電平臺(tái)為3.5V時(shí)，電池可以穩(wěn)定循環(huán)200多次。令人印象深刻的是Li-Cl₂@COF-NH₂軟包電池可提供>400?Wh/kg的高能量密度，循環(huán)50次后平均CE為~95%。

圖1. Li-Cl₂@COF-NH₂軟包電池

總之，該工作開(kāi)發(fā)了一種有機(jī)催化劑 COF-NH₂，以解決氯化鋰充電電池中氯化鋰氧化緩慢的問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)證明，氧化條件下的胺基團(tuán)能顯著降低氯化鋰的氧化障礙，從而大大提高了氯化鋰正極的可逆性。在 COF-NH₂ 的高效催化下，氯化鋰電池可實(shí)現(xiàn)的3500 mAh/g高放電容量，鋰鹽利用率為81.4%，高于報(bào)告的最高值 63%，降低了充電極化電壓（0.21 V，低于電流密度為 1500 mA/g 時(shí)的對(duì)比樣品）。

此外，基于 COF-NH₂ 的優(yōu)勢(shì)，該氯化鋰電池在 -20 °C下循環(huán) 200 次以上仍能保持 2000 mAh/g 的超高容量。因此，該有機(jī)催化劑在氯化鋰電池系統(tǒng)中的成功應(yīng)用有望加速高能量存儲(chǔ)的實(shí)際應(yīng)用。

圖2. Li-Cl₂@COF-NH₂電池在低溫下的電化學(xué)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：機(jī)配體在負(fù)極和電解液之間構(gòu)建人工橋?qū)崿F(xiàn)可持續(xù)的鋅基液流電池

鋅基液流電池由于其高能量密度和低成本的等特點(diǎn)而受到高度關(guān)注。然而，它們的可靠性通常受到不可控鋅枝晶的限制。

在此，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所李先鋒、袁治章、李國(guó)輝等人利用有機(jī)配體在負(fù)極和正極之間設(shè)計(jì)了一座人工橋，以實(shí)現(xiàn)鋅基液流電池中鋅成分從體液到負(fù)極界面區(qū)的快速轉(zhuǎn)移。配體作為橋梁，首先與鋅成分配位，然后吸附在負(fù)極表面，為鋅成分構(gòu)建定向三維傳輸通道，從而實(shí)現(xiàn)高度均勻致密的鋅形態(tài)。

重要的是，以有機(jī)配體為負(fù)極的堿性鋅-鐵液流電池堆在 40 mA cm^-2的條件下實(shí)現(xiàn)了約 700 小時(shí)的穩(wěn)定循環(huán)，平均庫(kù)侖效率為 98.04%，能量效率為 88.53%。

圖1. 作用機(jī)制

總之，該工作利用 EDTA 配體在負(fù)極和正極之間架起了一座物理化學(xué)界面橋，用于堿性鋅-鐵液流電池。EDTA 配體不僅能改變鋅成分的配位結(jié)構(gòu)，從 Zn(OH)₄²變?yōu)?EDTA-Zn(OH)₃，還能通過(guò)物理化學(xué)界面橋?yàn)殇\成分構(gòu)建快速離子傳輸通道。

得益于物理化學(xué)界面橋，Zn||Zn 對(duì)稱(chēng)電池在 80 mA cm^-2的高電流密度下，通過(guò)理想的鍍鋅/條紋工藝，實(shí)現(xiàn)了11.75 Ah cm^-2的顯著總沉積累積容量。不含鋅枝晶，AZIFB 單體電池和電池堆都能達(dá)到較高的循環(huán)性能。因此，該項(xiàng)工作能有效提高堿性鋅鐵液流電池的循環(huán)穩(wěn)定性，縮小液流電池單體開(kāi)發(fā)與電池堆運(yùn)行之間的差距，為促進(jìn)高效長(zhǎng)壽命鋅基電池的開(kāi)發(fā)提供了一條可行的途徑。

圖2. AZIFB 和 AZIFB 電池堆的電解液性能

Artificial Bridge between Anode and Anolyte Enabled by Organic Ligand for Sustainable Zinc-Based Flow Batteries, Energy & Environmental Science 2023 DOI: 10.1039/d3ee02693k