1. Energy Storage Materials：自修复液态金属负极实现铝离子电池高容量和长循环寿命
在此，复旦大学余学斌团队使用共晶 Ga-In (EGaIn) 液态金属 (LM) 的简单刷涂技术创建高性能AIB负极。EGaIn@Mo负极在10 mAh cm−2 下均匀且可逆地电镀/剥离Al，持续时间超过10000小时，平均库仑效率为99.6%。
此外，在50 mAh cm−2的超高面积容量半电池实现运行超过1200 小时， 具有EGaIn@Mo负极和石墨正极的全电池在2 A g−2的高倍率下经过大约6000次循环后仍保持82.8 mAh g−1的可逆容量，表现出每次循环0.00064 %的超低容量衰减率。最重要的，无负极电池可持续超过800次循环，比容量为75.9 mAh g−1。
图1. EGaIn@Mo 和 Mo 循环过程中的宏观形貌
总之，该工作利用EGaIn LM作为RAIB的新型合金负极，以克服与Al负极材料相关的问题。电化学测试表明 EGaIn@Mo 促进了Al和EGaIn之间的可逆合金化/脱合金化。在20 mAh cm−2的超高比面积容量下，自修复EGaIn@Mo可以持续超过8750小时。
此外，EGaIn@Mo||石墨全电池表现出优异的性能。无负极电池可持续超过800次循环，比容量为75.9 mAh g−1。因此，该项研究凸显了EGaIn LM在RAIB应用中的潜力，并为开发用于铝存储的高性能负极材料提供了一条有前途的途径。
图2. EGaIn@Mo的DFT模拟
2. Advanced Materials：共插层负极实现钾基双离子电池-60°C下运行
电池在零度以下的性能受到缓慢的界面动力学的限制。在此，哈佛大学张兴才团队构建了基于具有阴离子存储化学的聚三苯胺（PTPAn）正极和具有K+/溶剂共插层机制的钛酸氢（HTO）负极的钾基双离子电池（K-DIBs）。具体而言，PTPAn正极和HTO负极都不经历去溶剂化过程，这可以有效地加速零度以下的界面动力学。
理论计算和实验分析表明，稀电解质中较强的K+/溶剂结合能、结晶水的电荷屏蔽效应以及高含量柔性有机物的均匀SEI层协同促进了HTO的K+/-溶剂共插层为。特殊的共插层机制和阴离子储存化学使HTO||PTPAn K-DIBs具有优异的倍率性能和循环耐久性。在-40°C下6000次循环后保持94.1%的容量保持率，在-60°C下1000次循环后维持91%的容量保持性。
图2. 电解质溶解化结构模拟
总之，该工作基于PTPAn正极和HTO负极在0.5M KPF6 DME中构建的K-DIBs具有优异的低温性能。通过分子动力学计算MD模拟、密度泛函理论DFT计算和实验分析发现，稀电解质中较强的K+/DME结合能、层间结晶水的电荷屏蔽效应以及柔性有机物含量较高的均匀SEI层共同作用，使得HTO发生K+/DME共插层行为。
快速离子扩散、较低活化能垒和较低扩散能垒的特殊共插层机制使得HTO负极具有优异的低温性能，与具有正离子存储化学性质的PTPAn正极相结合，HTO||PTPAn K-DIBs从本质上消除了零度以下的限速电荷转移过程，在-20℃至-60℃之间实现了卓越的倍率性能。此外，还实现了超长循环耐久性，在-40℃条件下循环6000次后仍能保持94.1%的高容量保持率；在-60℃条件下循环1000次后仍能保持91%的高容量保持率，这些结果为在低温条件下实现高性能储能设备提供了新思路。
图2. HTO||PTPAn K-DIBs的电化学性能
Potassium-based Dual-ion Batteries Operating at -60°C Enabled By Co-Intercalation Anode Chemistry, Advanced Materials 2023 DOI: 10.1002/adma.202307592
3. Advanced Materials：三氟甲磺酸盐氧化沉淀碘正极助力正极/电解质双相水系锌离子电池
水系锌离子电池在高安全性和可持续储能方面具有巨大潜力。然而，碘化物穿梭效应和水系电解质中发生的析氢反应仍然阻碍其进一步发展。
在此，南京大学金钟团队基于三氟甲磺酸水溶液(OTf)-电解质对三碘物种的固有氧化能力，设计了正极/电解质互惠水系（CEMA）Zn−I电池。具体而言，首先引导形成由细碘纳米晶体(约10 nm)组装的碘沉积物颗粒。通过自发吸收过程实现了具有高表面积碘负载的正极，该过程将水性电解质中的氧化还原活性碘和碘化物物质富集到纳米多孔碳基集流体上。
通过调节碘化物氧化还原过程和抑制竞争性析氢反应，组装的CEMA Zn-I电池在0.5 mA cm-2下经过1000次循环后表现出76.9%的显著容量保持率。此外，它们表现出优异的倍率性能，当电流密度从0.5 mA cm-2增加到5.0 mA cm-2时，容量保持率为74.6%。
图1. CEMA Zn-I电池示意图及(OTf)-对碘化物的氧化作用表征
总之，该工作证明了(OTf)-对碘化物和三碘化物的氧化作用，并利用这一效应制备了一种用于CEMA Zn-I电池的新型CEM混合物。在电池运行过程中，作者探索了碘化物氧化还原和HER过程在I2/I-比和I3-浓度方面的竞争效应。电解液中剧烈的电离会降低HER的临界电位，并促进其恶化。
然而，通过优化I2/I-比和I3-浓度，电池能够在良好抑制HER的情况下实现长期循环能力和高倍率性能。因此，基于(OTf)-对碘化物的氧化效应构建的CEMA Zn-I电池代表了一种有前途的便携式低成本水系Zn-I电池的策略。
图2. 电池性能
Precipitated Iodine Cathode Enabled by Trifluoromethanesulfonate Oxidation for Cathode/Electrolyte Mutualistic Aqueous Zn−I Batteries, Advanced Materials 2023 DOI: 10.1002/adma.202309838
4. Advanced Functional Materials：Janus 隔膜和有机正极实现高性能有机钠电池
钠枝晶的生长和有机正极的溶解是阻碍钠有机电池（SOB）发展的两个主要挑战。在此，新疆大学贾殿赠，王省超，Sun Ying等人提出了一种采用界面工程策略的多功能Janus隔膜（h-BN@PP@C）来解决SOBs问题。面对有机正极的碳层作为一个屏障，以捕获溶解的有机物质，并提高其利用率。同时，面对Na负极的h-BN层具有较高的导热系数和机械强度，缓解了局部温度“热点”的发生，促进了富NaF-SEI的形成，从而抑制了枝晶的生长。
因此，Janus隔膜能够在3 mA cm−2下稳定循环1000小时。二苯并[b,i]噻吩-5,7,12,14-四酮(DTT)，并苯-5,7,12,14-四酮和杯[4]醌等有机正极采用Janus隔膜，表现出了高容量和显著的循环性能。
图1. Janus隔膜对DTT正极的影响
总之，该工作展示了一种界面工程策略即使用 Janus 隔膜来同时抑制 SOB 的钠枝晶生长和有机正极溶解。h-BN涂层具有良好的润湿性和导热性，可促进富NaF-SEI的形成，从而实现均匀的Na+通量并防止Na枝晶的生成。此外，碳涂层充当导电屏障可有效提高电活性材料的利用率并加速动力学。
因此，Janus 隔膜能够实现Na//Na 电池超过1000小时的长循环寿命，且稳定的过电势约为 14 mV。带有Janus隔膜的Na//DTT电池在500 mA g−1电流下表现出285.2 mAh g−1的高比容量。此外，使用 Janus 隔膜的其他两种有机材料（PT 和 C4Q）也表现出增强的容量和循环稳定性。
图2. 电池性能
Combining Janus Separator and Organic Cathode for Dendrite-Free and High-Performance Na-Organic Batteries, Advanced Functional Materials 2023 DOI: 10.1002/adfm.202309552
5. Nano Letters：选择性离子屏蔽实现高性能锂-硫电池
锂硫电池（LiSB）由于其低成本和高理论能量密度，是有前途的下一代电池。尽管取得了显著的进步，但多硫化物（PS）在电池循环过程中的穿梭仍然是商业锂电池开发中的一个挑战。
在此，成均馆大学Youngkwan Lee团队提出电极之间的渗透选择性离子屏蔽，该屏蔽阻挡PS穿梭并将Li+传递到高性能LiSB。具体而言，这种屏蔽通过功能聚合物的离子络合和分子间键合很容易建立在隔膜上，从而提高电池性能和安全性。具有开发屏蔽的LiSB在2 C下1000次循环后，可提供917 mAh g–1的显著放电容量。此外，还研究了LiSB在实际条件下的行为，以实现高能量密度，从而在该系统中实现最佳平衡。
图1.制备流程
总之，该工作基于功能聚合物的选择性离子屏蔽是LiSBs的有效夹层。阳离子壳聚糖和阴离子聚合物（CMC和PSSA）的离子络合构建的屏蔽层不仅抑制了PS穿梭，而且提供了有效的锂离子传输。本文采用优化屏蔽层的Li-S电池在2 C下循环1000次以上表现出出色的电池性能。
即在高能量密度（>300 Wh kg–1），高S负载的正极（∼6.8 mg cm–2）和贫电解质（1.5 μL mg–1）的实际条件下研究了电池的循环行为。因此，基于功能聚合物的特性该工作为下一代储能聚合物的使用提供了从工艺到性能的新视角。
图2.电池性能
6. Journal of the American Chemical Society：封装游离溶剂实现高稳定长循环固态电池
在此，哈尔滨工业大学王家钧、娄帅锋等人基于增强的离子偶极相互作用提出了一种自由溶剂捕获策略，以提高残余溶剂的（电）化学稳定性和界面兼容性。研究发现，二氟草酸硼酸锂(LiDFOB)对溶剂化环境的调控起到关键作用，能够诱导形成更多的溶剂结合位点，以将其封装到稳定的溶剂化结构中，实现电解质的高离子电导率和电化学稳定性。
此外，四氟硼酸锂(LiBF4)的引入促使富含阴离子溶剂化构型的形成，从而使得阴离子在界面优先分解形成稳定的保护层，有效抑制了电解质和电极之间的副反应。设计的复合电解质PLLDB在室温下的离子电导率高达2.15×10−3 S cm−1。Li|PLLDB|LiFePO4 (LFP)固态电池在5C下循环2000次容量保持率为80%，库伦效率为99.9%。
图1. 电池性能
总之，该工作提出了一种可行的策略将游离残余溶剂转化为稳定的结构。在分子和电子水平上揭示了添加剂LiDFOB在调节溶剂化环境中的作用，具有吸电子效应的LiDFOB的引入能够增强残余溶剂和锂离子之间的亲和力，促进自由溶剂在阴离子为主的溶剂化结构中参与竞争性配位，改变电解质的分解路线以形成阴离子衍生的有机-无机双层界面保护层，有效提升界面动力学稳定性，实现固态电池在高倍率条件下的长期运行。
因此，该项工作不仅强调了优化溶剂化环境对于实现高稳定长循环固态电池的重要作用，而且为电解质调控界面行为的设计提供了一些新思路。
图2. 热力学和动力学稳定结构示意图
Ion–Dipole-Interaction-Induced Encapsulation of Free Residual Solvent for Long-Cycle Solid-State Lithium Metal Batteries, Journal of the American Chemical Society 2023 DOI: 10.1021/jacs.3c07482
7. ACS Nano：盐阴离子激活电解质共溶剂选择策略实现耐用锌金属负极
在水系锌离子电池中，抑制副反应和Zn枝晶生长的一种有效解决方案即在Zn(CF3SO3)2电解质中添加助溶剂，助溶剂有可能形成由ZnF2和ZnS组成的坚固固体电解质界面。然而，对于便捷的选择共溶剂的方法，能够直接反映溶剂与溶质之间的相互作用，从而合理设计电解质的溶剂化结构，目前还缺乏探讨。
在此，中南大学李维杰，华南理工大学徐建铁等人利用logP作为选择Zn(CF3SO3)2电解质助溶剂的标准，并通过测试七种不同类型予以证明。logP值与盐阴离子CF3SO3–相似的溶剂可以与CF3SO3–、Zn2+和H2O相互作用，导致电解质溶剂化结构的重建。为了证明这一概念，以乙酸甲酯 (MA) 为例，因为它的 logP 值与 CF3SO3– 相似。
结果表明MA分子不仅进入CF3SO3–的溶剂化壳层，而且还与Zn2+或H2O配位，形成MA和CF3SO3–参与的核壳溶剂化结构。特殊的溶剂化结构降低了H2O活性，有助于形成阴离子诱导的富含ZnCO3-ZnF2的固体电解质界面。因此，含有MA电解质的Zn||Zn电池和Zn||NaV3O8·1.5H2O电池表现出比不含MA电解质的电池更优异的性能。
图1. logP值与CF3SO3-相近的共溶剂对电解质溶剂化结构和SEI形成过程的作用机理示意图
总之，该工作为合理设计Zn(CF3SO3)2基电解质的溶剂化结构提供了简便有效的共溶剂选择标准(logP值)。通过logP定量研究了盐阴离子CF3SO3–和共溶剂的亲水亲油性，将一种与CF3SO3–具有相似两亲性的理想共溶剂(MA)引入到Zn(CF3SO3)2电解质中。结果表明，MA分子可以被纳入到CF3SO3–的溶剂化壳层中，不仅有助于MA的溶解，而且降低了CF3SO3–的溶解度。
此外，MA分子还与Zn2+或H2O配位，形成含有MA和CF3SO3–的核壳溶剂化结构。独特的溶剂化有利于形成富含ZnCO3-ZnF2的SEI，并构建了一个重塑的H2O氢键网络，从而降低了自由水分子的活性。以MA40为电解液的锌对称电池，在1 mA cm-2, 1 mAh cm-2的面积容量下，电池表现出极高的稳定性，使用寿命可达4600 h。Zn//MA40//NVO全电池在1 A g-1下稳定运行500个循环，容量保持率为77.1%。
图2. 电池性能
Salt Anion Amphiphilicity-Activated Electrolyte Cosolvent Selection Strategy toward Durable Zn Metal Anode, ACS Nano 2023 DOI: 10.1021/acsnano.3c08716
8. Journal of Energy Chemistry：高浓度电解质实现-60°C锂金属电池
锂金属电池 (LMB) 的能量密度有望超过 400 Wh kg−1。然而，它们在零度以下会遭受严重的电化学性能恶化。这种故障行为与较差的锂金属负极(LMA)兼容性和缓慢的Li+去溶剂化高度相关。
在此，华中科技大学谢佳，曾子琪等人证明基于环戊基甲基醚（CPME）的稀释高浓度电解质（DHCE）能够实现-60°C LMB运行。通过利用Li+和CPME之间的松散配位，这种开发的电解质促进离子簇的形成，从而产生阴离子主导的界面化学，从而增强LMA相容性，并大大加速Li+去溶剂化动力学。
所得电解质表现出高库仑效率(CE)，在25、-20、-40和-60 °C下分别提供超过99.5%、99.1%、98.5%和95%。组装的锂-硫电池在-20和-40°C、0.2 C充电和0.5 C放电时表现出显着的循环稳定性。即使在-60 °C下，采用这种设计的电解质的锂硫电池在170 次循环后仍能保持超过70% 的初始容量。此外，具有10 mg cm−2高S正极负载的锂金属纽扣电池和软包电池在-20°C下表现出循环稳定性。
图1. 循环后锂片表面的光学照片和SEM
总之，该工作证明了基于CPME的DHCE可用于−60°C的LMB应用。得益于松散的Li+-CPME配合，开发的电解质支持快速Li+脱溶，同时保持超高的LMA相容性。结果表明，在25 ~ 60℃范围内，可获得均匀的Li沉积行为和高度可逆的CE。LiFSI-2CPME-2TTE中的Li-S电池在-20和-40℃时表现出很好的循环稳定性。
这种优化的电解质还保证Li-S电池在-60°C下运行，具有良好的容量保留(170次循环后保持70%)。在Li-S电池中，在-20和-40°C下的高负载正极也展示了开发的电解质的优势。因此，该工作为开发具有优异的LMA相容性和易于Li+脱溶的新型DHCE开辟了一个新方向。
图2. 电池性能
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