1. Journal of the American Chemical Society：非晶態(tài)電解質(zhì)匹配高鎳正極實現(xiàn)穩(wěn)定全固體電池

固體電解質(zhì)（SE）是實現(xiàn)高性能全固態(tài)鋰電池（ASSLB）的核心部件。非晶態(tài)SE具有巨大的ASSLB潛力，因為它們的無晶界特性有助于高性能正極的完整固體-固體接觸和均勻的鋰離子傳導(dǎo)。然而，具有有限離子電導(dǎo)率的非晶氧化物SE和具有窄電化學(xué)窗口的玻璃態(tài)硫化物SE不能匹配高鎳正極。

在此，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)姚宏斌，復(fù)旦大學(xué)商城，浙江工業(yè)大學(xué)陶新永等人報告了一類非晶態(tài)Li?Ta?Cl基氯化物SE，其具有高鋰離子電導(dǎo)率（高達(dá)7.16 mS cm^?1）和低楊氏模量（約3GPa），可實現(xiàn)優(yōu)異的鋰離子電導(dǎo)率和ASSLB中電極間較好的物理接觸。通過機器學(xué)習(xí)模擬、固態(tài)7Li核磁共振和X射線分析，揭示了非晶Li?Ta?Cl矩陣由LiCl₄^3?、LiCl₅^4?、LiCl₆^5?多面體和TaCl₆^?八面體組成。

由非晶氯化物SE和高鎳單晶正極（LiNi_0.88Co_0.07Mn_0.05O₂）組成的ASSLB在1 mAh cm^?2下循環(huán)800次后表現(xiàn)出99%的容量保持率，并且在5 mAh cm^?2的高面容量、0.2 C倍率下進(jìn)行75個循環(huán)后容量保持率達(dá)到80%。最重要的是，在-10℃的冷凍環(huán)境下，可以在3.4C的高倍率下實現(xiàn)高達(dá)9800次循環(huán)的穩(wěn)定運行，容量保持率為~77%。

圖1. A-LTC的合成及鋰離子電導(dǎo)率評估

總之，該工作報道了一種新型非晶氯化物鋰離子導(dǎo)體Li?Ta?Cl，由于其高電導(dǎo)率、優(yōu)異的機械變形和電化學(xué)穩(wěn)定性，將其匹配高鎳正極可實現(xiàn)高面容量?；贏-LTC基質(zhì)，可以獲得各種復(fù)合SE，其離子電導(dǎo)率在0.78?7.16 mS cm^?1范圍內(nèi)。所制造的ASSLB表現(xiàn)出出色的電化學(xué)性能，CE超過99%，高達(dá)4C的高倍率性能，3C下800次循環(huán)的容量保持率為98.8%。

最重要的是，面容量高達(dá)5 mAh cm^?2的ASSLB在1 mA cm^?2的高電流密度下循環(huán)75次后，容量保持率為80%。此外，ASSLB在冷凍環(huán)境中~3.4C的高倍率下穩(wěn)定運行高達(dá)9800次循環(huán)。因此，該工作報道的非晶氯化物SE具有成分可調(diào)性、超離子導(dǎo)電性、顯著的變形能力和良好的高鎳正極兼容性，將為制造高能量密度ASSLB鋪平道路。

圖2. ASSLB-Cl在30°C和-10°C環(huán)境溫度下的性能

Amorphous Chloride Solid Electrolytes with High Li-Ion Conductivity for Stable Cycling of All-Solid-State High-Nickel Cathodes, Journal of the American Chemical Society 2023 DOI: 10.1021/jacs.3c10602

2. Advanced Materials：光輔助金屬空氣電池中 MoS₂ 1d 納米管的加速受限傳質(zhì)

將太陽能應(yīng)用于儲能電池系統(tǒng)在實現(xiàn)綠色和可持續(xù)發(fā)展方面面臨挑戰(zhàn)，然而，光輔助金屬空氣電池的有效進(jìn)展受到光正極上光生電子和空穴的快速復(fù)合的限制。

在此，吉林大學(xué)徐吉靜團(tuán)隊報道了一種具有有限傳質(zhì)的一維有序MoS₂納米管（MoS₂-ONT）用于延長光生載流子的壽命，從而克服電子和空穴快速復(fù)合的挑戰(zhàn)。管狀密閉空間不僅可以促進(jìn)電荷載流子的有序分離和遷移，而且可以實現(xiàn)電荷的積累和氧分子的快速激活。MoS₂-ONT的凹面可以提高載流子分離能力，延長載流子壽命。同時，有序的管狀密閉空間可以有效實現(xiàn)電荷、離子和氧的快速轉(zhuǎn)移。

在光照射下，光輔助鋅空氣電池實現(xiàn)了70 mW cm^?2的快速ORR動力學(xué)，這是光輔助鋅空氣電池報道的最高值。此外，基于MoS₂-ONT的光輔助Li?O₂電池還表現(xiàn)出卓越的倍率性能和其他令人興奮的電池性能。

圖1. 制備流程及結(jié)構(gòu)表征

總之，該工作揭示了光催化半導(dǎo)體催化劑由于結(jié)構(gòu)不同而導(dǎo)致的性能差異。在光照射下，納米管狀結(jié)構(gòu)增強了光生電子空穴對快速分離和轉(zhuǎn)移的動態(tài)行為。此外，MoS₂-ONT表現(xiàn)出較高的表面光電壓，促進(jìn)更多的光生電子參與反應(yīng)，從而實現(xiàn)優(yōu)異的催化效果。

研究表明，MoS₂-ONT實現(xiàn)了更快的ORR傳質(zhì)行為和更有利的ORR效率。更重要的是，MoS₂-ONT光電極表現(xiàn)出高功率密度和穩(wěn)定的催化活性，為光輔助鋅空氣電池系統(tǒng)中催化正極的選擇提供了科學(xué)依據(jù)。因此，該研究對于制備智能便攜式設(shè)備和其他金屬空氣電池具有重要的實際意義。

圖2. 電池性能

Accelerated Confined Mass Transfer of MoS2 1d Nanotube in Photo-Assisted Metal-Air Batteries, Advanced Materials 2023 DOI: 10.1002/adma.202307790

3. ACS Nano: 可回收粘土基電解質(zhì)的協(xié)同離子篩分和溶劑化調(diào)節(jié)用于穩(wěn)定鋅-碘電池

多碘化物的高溶解度和負(fù)極/電解質(zhì)界面的不穩(wěn)定性嚴(yán)重限制了可充電水性鋅-碘電池的實際應(yīng)用。

在此，南京工業(yè)大學(xué)孫庚志，南京航空航天大學(xué)竇輝等人開發(fā)了一種鋅離子基蒙脫土（ZMT）電解質(zhì)膜，用于協(xié)同離子篩分和溶劑化調(diào)節(jié)，以實現(xiàn)高度穩(wěn)定的鋅-碘電池。具體而言，ZMT中豐富的M-O帶和特殊的陽離子選擇性傳輸通道局部定制了Zn²⁺周圍的溶劑化鞘層，因此實現(xiàn)了高轉(zhuǎn)移數(shù)（t = 0.72），有利于Zn的均勻和可逆沉積/剝離。此外，利用原位表征技術(shù)證實了ZMT中的O原子與聚碘化物之間的強化學(xué)吸附是有效抑制副反應(yīng)的關(guān)鍵。

因此，基于 ZMT 的鋅-碘電池在 1 mA cm ^–2下可提供 0.45 mAh cm ^–2的高容量，在 10 mA cm ^–2 下循環(huán) 13 500 次后，庫侖效率顯著提高至 99.5%，容量保持率高達(dá) 95%。此外，由于其高耐用性、化學(xué)惰性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，基于ZMT的電解質(zhì)膜可以回收并應(yīng)用于雙面軟包電池，在1 mA cm ^–2下提供2.4 mAh cm ^–2的高面容量。

圖1. 鋅-碘電池中 ZMT 的功能性和改性機制

總之，該工作設(shè)計了一種基于 ZMT 的電解質(zhì)膜，有效地協(xié)同離子篩分和溶劑化調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)高穩(wěn)定性的鋅-碘電池。研究表明，ZMT 中豐富的 M-O 鍵和特殊的陽離子選擇性傳輸通道可局部調(diào)整 Zn²⁺ 周圍溶解鞘中的水分子數(shù)量，從而實現(xiàn)高轉(zhuǎn)移數(shù)（t = 0.72），導(dǎo)致 Zn 的均勻和可逆沉積/剝離。ZMT 中的 O 原子與聚碘化物之間的強化學(xué)吸附作用可有效抑制穿梭效應(yīng)并抑制副反應(yīng)。

因此，基于 ZMT-ZOFI 膜的電池表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能。最重要的是，由回收的 ZMT 組裝而成的雙面軟包電池的面積容量可提高到 2.4 mAh cm^-2，即使在機械切割后也能保持正常工作。因此，該項工作為提高鋅鹵電池的穩(wěn)定性提供了一種可持續(xù)的策略。

圖2. 電池性能

Synergistic Ion Sieve and Solvation Regulation by Recyclable Clay-Based Electrolyte Membrane for Stable Zn-Iodine Battery, ACS Nano 2023 DOI: 10.1021/acsnano.3c08681

4. Energy & Environmental Science：離子偶極相互作用驅(qū)動的 Zn²⁺ 泵和陰離子排斥界面實現(xiàn)超高倍率鋅金屬負(fù)極

水系鋅金屬電池被認(rèn)為是下一代儲能有希望的候選者。然而，由于反應(yīng)界面處的濃度梯度導(dǎo)致Zn²⁺補充不足，鋅金屬負(fù)極的循環(huán)穩(wěn)定性較差。

在此，廣東工業(yè)大學(xué)李成超，廈門大學(xué)楊陽等人引入了一種全氟乙酸鋅界面層(Zn@PFPA)，該界面層通過原位有機酸蝕刻路線用作自加速Zn²⁺泵。這種獨特的特征確保了Zn²⁺的快速和動態(tài)界面補充，以消除濃度梯度，從而導(dǎo)致無枝晶和高度可逆的鍍鋅/剝離行為。理論計算和實驗結(jié)果表明由離子-偶極相互作用驅(qū)動的快速Zn²⁺傳輸動力學(xué)，保持了穩(wěn)定和均勻的Zn²⁺通量。

此外，高電負(fù)性和疏水性Zn@PFPA層進(jìn)一步實現(xiàn)有害陰離子的電荷排斥，并減輕電極/電解質(zhì)界面處存在的自由水，從根本上抑制HER和副產(chǎn)物的產(chǎn)生。因此，Zn@PFPA電極顯示出95?000 mA h cm^?2的高容量，在50 mA cm^?2的極高電流密度下使用壽命為1900小時。此外，通過與高負(fù)載I₂正極（~9.0 mg cm^?2）耦合制造的軟包電池可實現(xiàn)10?000次穩(wěn)定循環(huán)。

圖1. PFPA 促進(jìn)水合 Zn²⁺ 的超快去溶劑化

總之，該工作實現(xiàn)了基于Zn@PFPA層的動態(tài)快速界面Zn²⁺補充，以抵抗高倍率下引起的不連續(xù)Zn²⁺通量。其中由于豐富的 C-F 鍵和高活性區(qū)域維持穩(wěn)定的界面。飽和負(fù)電荷的PFPA參與溶劑化殼層，顯著加速Zn²⁺的擴散和去溶劑化過程。此外，這種負(fù)電界面有效地排斥陰離子并顯著減少界面處存在的游離 H₂O 分子。

因此，在50 mA cm^-2的超高電流密度下，采用ZnPFPA電極的對稱電池的使用壽命超過1900小時，極化電位比裸鋅電池小2.6倍。這種快離子傳輸，加上 ZnPFPA 電極增強的防腐蝕能力，賦予了 ZnI₂@C 軟包電池優(yōu)異的性能。因此，該項研究為高倍率和多功能鋅負(fù)極界面的設(shè)計和開發(fā)提供了寶貴的見解。

圖2. 電池性能

Ion–dipole interaction motivated Zn2+ pump and anion repulsion interface enable ultrahigh-rate Zn metal anodes, Energy & Environmental Science 2023 DOI: 10.1039/d3ee02945j

5. Angewandte Chemie International Edition：將過渡金屬注入Li₂O基正極預(yù)鋰化劑中實現(xiàn)高能量密度和長壽命鋰離子電池

補償有限活性鋰（Li）的不可逆損失對于提高鋰離子電池的能量密度和循環(huán)壽命至關(guān)重要，尤其是在采用高容量但初始庫侖效率較低的候選正極之后。引入預(yù)鋰化劑可為這種補償提供額外的鋰源。

在此，廈門大學(xué)孫世剛，喬羽等人將微量Co（從過渡金屬氧化物中提?。┚_植入Li₂O的Li位點，從而獲得了(Li_0.66Co_0.11O_0.23)₂O (CLO)正極預(yù)鋰化劑。鋰空位的協(xié)同形成和Co衍生催化作用有效地提高了 Li₂O 的固有電導(dǎo)率并削弱了Li-O相互作用，從而促進(jìn)了其陰離子氧化為過氧/超氧物種和O₂，實現(xiàn)了 1642.7 mAh/g 的預(yù)鋰化容量（預(yù)鋰化劑約為 980 mAh/g）。

以 6.5 wt% CLO 為基礎(chǔ)的預(yù)鋰化劑與鈷酸鋰正極耦合后，CLO 中存儲的大量額外鋰源被有效釋放，以補償 SiO/C 負(fù)極的鋰消耗，從而實現(xiàn)了 270 Wh/kg 的軟包全電池容量，1000 次循環(huán)后容量保持率達(dá) 92%。

圖1. 結(jié)構(gòu)表征

總之，該工作從NCM811和廢LCO電極材料的碎裂氧化物中提取TM源，實現(xiàn)了在Li₂O框架內(nèi)特定鋰位點的有效植入，成功提高了陰離子氧化活性。因此，該工作證明TM植入策略的可行性和可持續(xù)性，強調(diào)了在電極材料結(jié)構(gòu)框架內(nèi)精確植入催化元素的關(guān)鍵作用。

因此，該工作涉及調(diào)整材料的能帶結(jié)構(gòu)和加速結(jié)構(gòu)演變的動態(tài)過程，為設(shè)計可充電電池（如鋰離子電池、納離子電池等）的功能電極材料提供了獨特的視角和寶貴的參考。

圖2. 電池性能

Implanting Transition Metal into Li2O-Based Cathode Prelithiation Agent for High-Energy-Density and Long-Life Li-Ion Batteries, Angewandte Chemie International Edition 2023 DOI: 10.1002/anie.202316112

6. Advanced Energy Materials：原位構(gòu)建多功能表面涂層實現(xiàn)先進(jìn)水系鋅-碘電池

水系鋅-碘電池(Zn–I₂)在大規(guī)模儲能系統(tǒng)中顯示出巨大的前景。然而，它們的實際應(yīng)用面臨重大挑戰(zhàn)，包括枝晶形成、由多碘離子引起的腐蝕以及鋅負(fù)極側(cè)的其他副反應(yīng)。

在此，上海理工大學(xué)竇世學(xué)、柏中朝，山東大學(xué)楊劍等人介紹了一種簡單有效的鋅負(fù)極預(yù)處理方法，該方法通過鋅和氟化亞錫的置換反應(yīng)產(chǎn)生一種致密耐用的多功能表面層(MSL)。MSL包括在鋅金屬上的錫(Sn)和ZnF₂相，其中Sn具有良好的鋅親和力和高的析氫超電勢，而ZnF₂提供了徑向離子遷移的途徑。兩者都具有與多碘離子的低結(jié)合能，防止了界面層的失效。

因此，Zn–I₂電池的性能得到了極大的提高，并在2 A g^?1的電流密度下穩(wěn)定循環(huán)20 000次，容量保持率為80%。即使I₂負(fù)載增加到8 mg cm^?2，仍可以穩(wěn)定循環(huán)5000次，容量保持率為94%。

圖1. DFT計算

總之，該工作深入探討了將多功能表面涂層用于Zn||I₂ 電池的可行性最終選擇了 Sn-ZnF₂ 作為涂層材料。實驗證明，Sn-ZnF₂ 混合涂層具有優(yōu)異的抗多碘離子腐蝕性能，并有效減緩 HER 和枝晶的形成。在這種混合涂層的保護(hù)下，Zn||Zn 對稱電池在 2 mA cm^-2 和 1 mAh cm^-2 的條件下穩(wěn)定循環(huán) 2800 次，甚至可以承受苛刻的測試條件（20 mA cm^-2，DOD ≈85.56%）。

因此，Zn@Sn-ZnF₂||I₂全電池表現(xiàn)出了令人印象深刻的穩(wěn)定性，在電流密度為2.0 A g^-1的情況下，可實現(xiàn)長達(dá)20 000次循環(huán)，容量保持率高達(dá)80%。

圖2. 電池性能

In situ Construction of Multifunctional Surface Coatings on Zinc Metal for Advanced Aqueous Zinc–Iodine Batteries, Advanced Energy Materials 2023 DOI: 10.1002/aenm.202303221

7. Energy & Environmental Science：空間位阻效應(yīng)調(diào)節(jié)鋅金屬負(fù)極的電化學(xué)還原動力學(xué)

金屬鋅負(fù)極的副反應(yīng)和枝晶生長是限制鋅離子電池實際應(yīng)用的兩個主要問題?？焖匐娀瘜W(xué)動力學(xué)與緩慢傳質(zhì)之間的矛盾可能會在電極表面造成顯著的濃度梯度，進(jìn)而導(dǎo)致金屬鋅生長不均勻和電池短路。

在此，香港城市大學(xué)支春義團(tuán)隊通過在電解質(zhì)中加入大分子（磷酸三丁酯），引入了具有立體阻礙效應(yīng)的改良溶劑化結(jié)構(gòu)。立體阻礙效應(yīng)可有效減緩電荷從負(fù)極向溶解的Zn²⁺轉(zhuǎn)移，緩和快速電化學(xué)還原動力學(xué)，從而防止Zn²⁺優(yōu)先沉積在尖端區(qū)域。此外，電極表面還形成了均勻而堅固的固體電解質(zhì)相（SEI）層，從而減輕了原位電化學(xué)腐蝕和氫析出反應(yīng)。

因此，即使在 10 mA cm^-2和 10 mAh cm^-2的苛刻循環(huán)條件下，Zn||Cu 半電池也能表現(xiàn)出穩(wěn)定的 Zn 沉積/剝離，平均庫侖效率約為 99.5%，累積容量達(dá) 3000 mAh cm^-2。當(dāng)與Mn²⁺膨脹的水合V₂O₅正極結(jié)合時，電池顯示出3.97 mAh cm^-2的容量，并在 650 次循環(huán)后保持 91.4% 的高容量保持率。

圖1. 溶劑化結(jié)構(gòu)

總之，該工作提出了一種新方法，通過在電解質(zhì)中加入大尺寸的TBP分子來穩(wěn)定水系ZIBs中的鋅負(fù)極。研究表明，TBP 分子成功地占據(jù)了Zn²⁺的內(nèi)部溶劑化殼，并通過排除H₂O分子形成了一個大的溶劑化結(jié)構(gòu)，從而產(chǎn)生了立體阻礙效應(yīng)，緩和了電化學(xué)還原動力學(xué)。

電化學(xué)分析和掃描電鏡結(jié)果表明，改進(jìn)電化學(xué)還原動力學(xué)的 TBP 電解質(zhì)能有效抑制鋅枝晶的生長，同時使鍍鋅層的形態(tài)光滑而緊密。結(jié)合混合SEI層提供的受限副反應(yīng)，鋅負(fù)極表現(xiàn)出超過 2100 小時的長壽命和平均 CE 超過 99.5% 的高可逆性。負(fù)載質(zhì)量約為 16 mg cm^-2的全電池也顯示出高的循環(huán)穩(wěn)定性。因此，通過與大尺寸分子產(chǎn)生立體阻礙效應(yīng)，鋅負(fù)極的循環(huán)性能和穩(wěn)定性可以得到顯著提高，為水系 ZIB 的電解質(zhì)設(shè)計提供了新的視角。

圖2. 全電池性能

Regulating the Electrochemical Reduction Kinetics by Steric Hindrance Effect for Robust Zn Metal Anode, Energy & Environmental Science 2023 DOI: 10.1039/d3ee02164e

8. Advanced Materials：氮氧化鈷/多孔碳混合電催化劑實現(xiàn)可充電鋅空氣電池的長循環(huán)

開發(fā)商業(yè)上可行的電催化劑是可充電鋅-空氣電池的研究熱點，但在實際應(yīng)用中滿足能效和耐久性的要求仍然具有挑戰(zhàn)性。戰(zhàn)略性材料設(shè)計對于解決其在氧氣反應(yīng)動力學(xué)緩慢和電池壽命有限方面的缺點至關(guān)重要。

在此，滑鐵盧大學(xué)陳忠偉、鄧亞平，釜山大學(xué) Min-Ho Seo，河南師范大學(xué)白正宇等人設(shè)計了一種“葡萄干面包”結(jié)構(gòu)，用于混合催化劑，該催化劑將氮化鈷作為具有薄氧化覆蓋物的核心納米顆粒，并進(jìn)一步沉積在多孔碳?xì)饽z中?；谕郊铀倨鞯谋碚?，這種雜化物提供了氧空位和Co-Nx-C位點作為活性位點，這是由于CoOxNy納米顆粒和3D導(dǎo)電碳支架之間的強耦合。與氧化物參考相比，其在苛刻的電催化環(huán)境中表現(xiàn)出更強的穩(wěn)定性，突出了氧氮化物的優(yōu)勢。

此外，3D導(dǎo)電支架改善了電荷/質(zhì)量傳輸，并提高了這些活性位點的耐久性。密度泛函理論計算表明，在雜化物中引入N物種可以協(xié)同調(diào)節(jié)鈷的d帶中心，提高其雙功能活性。因此，所獲得的空氣正極表現(xiàn)出0.65V的雙功能過電位和超過1350小時的電池壽命。

圖1. 電化學(xué)性能

總之，該工作提出了“葡萄干-面包”混合催化劑的設(shè)計策略，使可充電鋅-空氣電池具有持久的壽命。該策略結(jié)合了原位氮化和多孔碳?xì)饽z的自組裝，并創(chuàng)建了有缺陷的活性位點。特別是，Co₄N@CoON納米粒子和相鄰的多孔碳?xì)饽z之間的強耦合允許選擇性活性位點之間的相互作用。Co₄N@CoON/PCGN的優(yōu)良ORR活性歸因于Co-Nx-C位點。

因此，Co₄N@CoON/PCGN引入的鋅-空氣電池表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，包括153mWcm^-2的功率密度，在5mAcm^-2的電流密度、低電壓間隙為0.65V時，具有1350h的長壽命。因此，該研究為高效選擇性雙功能混合電催化劑的合理設(shè)計以及市售可充電鋅-空氣電池系統(tǒng)的長期耐用性提供了指導(dǎo)。

圖2. 電池性能

Longevous Cycling of Rechargeable Zn-air Battery Enabled by “raisin-bread” Cobalt Oxynitride/Porous Carbon Hybrid Electrocatalysts, Advanced Materials 2023 DOI: 10.1002/adma.202311105