风口上的新能源：如何将电池的效率更上一层楼——近一个月顶刊速递
新能源( NE）：又称非常规能源。是指传统能源之外的各种能源形式。指刚开始开发利用或正在积极研究、有待推广的能源，如太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能和核聚变能等。随着时代的进步，环保的概念越发深入人心，新能源已经处于风口处，发展的势头无法阻挡。对于新能源的使用，最常的方法是通过转换成电能再进行使用，这使得具有储存电能能力的电池显得尤为重要。在电池领域里，有无数的学者为之奋斗，使得电池的性能越来越优异，接下来将为您解读最新研究进展。
1. 印度理工学院Rosy（ACS Applied Materials & Interfaces）：二乙基锌辅助原子表面还原以稳定锂和富锰NCM
锂离子电池 (LIB) 在未来社会中，从在可再生能源和可调度电力供应之间建立协同作用到满足快速增长的电动汽车市场，科学界一直为了实现先进具有理想能量、稳定性和寿命的下一代 LIB而努力。因此，近年来，人们对开发可在更高电压下提供>200mAhg –1容量的正极材料越来越感兴趣。为了满足新出现的要求，高电压、高能量的锂和富锰过渡金属(TM)氧化物，特别是指xLi2MnO3·(1–x)LiMO2[M =Mn,Ni,Co; 富含锂和锰的镍钴锰氧化物(LMR-NCM)]已成为一种有前途的正极材料，因为它们在2–4.7 V的电位窗口中运行时能够提供高放电容量 (>250mAhg–1 ) 。
印度理工学院 (BHU) 化学系Rosy报告了一种新的方法来缓解稳定性问题和改善LMR-NCM的电化学性能，主要是通过二乙基锌辅助原子表面还原(Zn-ASR)，并且改变O和过渡金属的电子构型。使用所提出的Zn-ASR，在LMR-NCM颗粒表面上获得了2-3nm的还原表面薄层，并且该表面富含复合ZnO x/ZnOxRy。通过X射线光电子能谱表明在LMR-NCM表面，二乙基锌的乙基向O原子转移，最终导致近表面Mn和Ni原子的还原并阻碍不可逆的阴离子活性。ZnOx/ZnOxRy的存在使获得更优异的电荷转移和抗 HF能力。因此，与LMR-NCM相比，Zn-ASR处理的样品表现出更好倍率能力、促进电荷转移能力、更高的容量、降低寄生反应和长期稳定性。
参考文献：Rosy; Taragin, S.; Evenstein, E.; Maletti, S.; Mikhailova, D.; Noked, M., Diethylzinc-Assisted Atomic Surface Reduction to Stabilize Li and Mn-Rich NCM. ACS Appl Mater Interfaces 2021.
2. 湖南科技大学易清风（ACS Applied Materials & Interfaces）：负载在N掺杂双功能中空碳复合材料上的CoNi纳米颗粒作为可充电锌空气电池的高性能 ORR/OER 催化剂
由于其理论比能量密度高、制造成本低、运行稳定和安全等优势，锌-空气电池被认为是非常有前途的下一代能量转换装置。然而，受实际技术障碍的阻碍，可充电锌空气电池目前仅在某些领域应用有限，但它应该具有广泛的商业应用，比如储能到电动汽车。可充电锌空气电池进一步发展的主要障碍是氧还原反应（ORR）和析氧反应（OER）的固有缓慢反应动力学引起的大过电位。如果将锌板和空气中的氧气分别固定为阳极和燃料，则空气电极处ORR的动力学过程，即氧气的利用效率，决定了整个装置在放电时的性能。至于相反的过程，OER对电池的充电性能起着决定性的作用。因此，兼具优异ORR和OER电活性的空气电极催化剂是可充电锌空气电池高效运行的保证。
湖南科技大学易清风团队采用简单的热解方法，制备了一系列氮掺杂空心球形碳和管状碳负载钴镍复合材料(CoNi/NHCS-TUC-x)。Co和Ni在复合材料中主要以合金纳米粒子、M–Nx和M–Cx (M = Co 或Ni)的形式存在，具有较高的氧还原反应(ORR)/析氧反应(OER)电活性。然后通过简单调整制备管状碳的原材料获得的含有不同比例的球状碳和管状碳的材料表现出双功能性能：具有丰富管状含量的样品和具有最高的ORR起始电位（0.91V vs可逆氢电极），而那些具有丰富的球形含量具有最高的ORR电流密度 (5.13 mA·cm–2 )。此外CoNi/NHCS-TUC-3 提供最低的电位差(ΔE=Ej =10–E1/2)为0.806 V。然后测试了CoNi/NHCS-TUC-3作为一次和可充电锌空气电池的空气电极的潜在可能性。原电池的开路电位为1.59 V，峰值功率密度为361.8mA·cm–2，比容量为756.5mAh·gZn–1。可充电电池在10mA·cm-2下可稳定循环55h以上。这些特性使CoNi/NHCS-TUC-3成为ORR和OER的优异电催化剂，以及适用于可充电锌空气电池的双功能电极。
参考文献：Sheng, K.; Yi, Q.; Chen, A. L.; Wang, Y.; Yan, Y.; Nie, H.; Zhou, X., CoNi Nanoparticles Supported on N-Doped Bifunctional Hollow Carbon Composites as High-Performance ORR/OER Catalysts for Rechargeable Zn-Air Batteries. ACS Appl Mater Interfaces 2021.
3. 吉林大学于吉红（Journal of the American Chemical Society ）：钙钛矿量子点封装在介孔金属-有机框架中作为协同光电阴极材料
卤化铅钙钛矿，分子式为 APbX3（其中 A 是碱金属或烷基铵阳离子，X = Cl、Br 或 I），已引起光伏电池和其他光电器件的极大兴趣。因为它们具有高消光系数、宽且可调的吸收范围以及低的非辐射复合率。受到其在光伏电池中令人印象深刻的性能的鼓舞，如果可以解决其固有的不稳定性问题，卤化铅钙钛矿材料似乎是光催化的有希望的候选者。而金属有机框架 (MOF)具有多孔载体结构，能够与钙钛矿纳米粒子的尺寸和几何形状相匹配，以实现有效的稳定，但又不会阻止光催化中试剂的进入等性质。
吉林大学于吉红团队通过顺序沉积途径将CsPbBr3纳米晶体封装到具有介孔笼（~5.5和4.2 nm）的稳定铁基金属有机骨架（MOF）中，以获得钙钛矿-MOF复合材料CsPbBr3@PCN-333(Fe)，其中 CsPbBr3纳米晶体通过MOF笼的限制效应而稳定，免于聚集或浸出。单分散的CsPbBr3通过透射电子显微镜和相应的映射分析直接观察到 MOF晶格内的纳米晶体（4-5 nm），并通过 X 射线衍射、红外光谱和N2吸附表征进一步证实。 在非质子体系中，CsPbBr3@PCN-333(Fe)复合材料表现出优异而稳定的氧还原反应(ORR)和析氧反应(OER)催化活性。 此外，CsPbBr3@PCN-333(Fe)复合材料作为光辅助Li-O2电池的协同光电阴极，CsPbBr3和PCN-333(Fe)分别作为光学天线和ORR/OER催化位点。与CsPbBr3纳米晶或PCN-333(Fe)相CsPbBr3@PCN-333(Fe)光电阴极具有更低的过电位和更好的循环稳定性，突出了CsPbBr3与PCN-333(Fe)之间的协同作用。
参考文献：Qiao, G. Y.; Guan, D.; Yuan, S.; Rao, H.; Chen, X.; Wang, J. A.; Qin, J. S.; Xu, J. J.; Yu, J., Perovskite Quantum Dots Encapsulated in a Mesoporous Metal-Organic Framework as Synergistic Photocathode Materials. J Am Chem Soc 2021, 143 (35), 14253-14260.
4. 武汉理工大学麦立强（Small）：由具有外延相的原位重构纳米多孔镍实现超高倍率能力的耐用镍锌微电池
随着物联网（IoT）和人工智能（AI）的发展方兴未艾，对功能性微电子产品的需求日益增长，其中高性能的小型化储能设备发挥着重要作用。与消费电子产品和电动/混合动力电动汽车（EV和HEV）追求高能量密度不同，设备互联网的传感器系统对长期稳定性和高速率性能提出了更高的要求。微型电池作为一种高能量密度的微电源，在不同的微电子系统或器件中保持了灵活集成的优势，但与电容器相比，功率密度相对较低，循环稳定性较差。在已开发的微型电池中，水性可充电镍锌微型电池因其反应动力学快、资源丰富和相对较高的电压输出（约1.8 V）而具有最大的应用前景。
武汉理工大学麦立强通过原位电化学方法，包括纳米多孔镍的重建和外延Zn(OH)2纳米相的引入，合理地构建了具有超高倍率性能的稳定镍锌微电池。随着离子吸附效应的增强，表面镍基纳米结构的优异反应性得到了很好的稳定。基于简单的微型化和电化学技术，制备的镍微电极在电流密度折叠500倍时保持了63.8%的容量，而改性的氢氧化物有助于多孔结构的稳定性(循环10000次后仍然保持92%的容量)。此外，在实际测量中，构建的镍锌微电池获得了优良的功率密度(320.17mWcm2)和稳定的快速充电性能(在3500次循环中容量保持率超过90%)。这种纳米结构表面重建策略为优化电极结构提供了新的方向，丰富了集成微电子器件的高性能输出单元。
参考文献：Zhu, Z.; Kan, R.; Wu, P.; Ma, Y.; Wang, Z.; Yu, R.; Liao, X.; Wu, J.; He, L.; Hu, S.; Mai, L., A Durable Ni-Zn Microbattery with Ultrahigh-Rate Capability Enabled by In Situ Reconstructed Nanoporous Nickel with Epitaxial Phase. Small 2021, e2103136.
5. 浙江理工大学陈光良（ACS Applied Materials & Interfaces）：聚焦等离子体和纯水，在电极结合镍钴氢氧化物-氧化物纳米界面，用于强大的整体水分解
双金属、双功能电催化剂能够在商业水电解池的两个电极上驱动氧(OER)和氢(HER)析出半反应，是最有前途的清洁氢能源生产材料系统之一。然而，工业相关电流密度下的氢气和氧气生产活性不足以及电极表面的长期催化剂稳定性阻碍了这种方法的工业转化。
浙江理工大学陈光良带领团队使用磁场增强的聚焦室温等离子体射流成功合成了NiCo2O4@NiCo(OH)2/PNCF电催化剂，使用磁场增强的聚焦室温等离子体射流原位制备了镍钴双金属氢氧化物纳米片结构，该结构锚定了纳米级双金属氧化物纳米颗粒。等离子体射流为双金属氧化物相的形成提供了反应前体，在随后的原位诱导球形颗粒水热过程，而泡沫基材会产生交联的氢氧化物纳米片。以NiCo氧化物纳米粒子为锚定的 NiCo氢氧化物纳米片催化剂为活性物质的传质过程提供了更丰富的非均相催化界面和密集的反应位点。同时，NiCo2O4纳米颗粒和NiCo(OH)2纳米片的纳米级界面增强了整体水分解的固有电催化性能。获得的NiCo2O4@NiCo(OH)2/PNCF只需要121 mV和349 mV的过电位就可以分别为HER和OER提供j10。值得注意的是，在高电流密度下，可持续稳定性超过100小时，优于大多数先前报道的氢氧化物电催化剂。本研究为利用纳米界面先进活性材料系统设计过渡金属基电催化剂开辟了一条绿色的原位生长途径。
参考文献：Chen, G.; Chen, D.; Huang, J.; Zhang, C.; Chen, W.; Li, T.; Huang, B.; Shao, T.; Li, J.; Ostrikov, K. K., Focused Plasma- and Pure Water-Enabled, Electrode-Emerged Nanointerfaced NiCo Hydroxide-Oxide for Robust Overall Water Splitting. ACS Appl Mater Interfaces 2021.
6. 意大利费拉拉大学Matteo Valt（ACS Applied Materials & Interfaces）：空气稳定镍装饰黑磷及其室温耐化学气体传感器能力
在迅速兴起的层状二维功能材料领域，石墨烯的p相对应的黑磷是各种应用的潜在候选材料，例如纳米光电子、可充电离子电池、电催化剂、热电、太阳能电池和传感器。黑磷表现出优越的化学传感性能;特别是对环境有毒气体NO2的检测具有选择性，黑磷在ppb水平上具有较高的灵敏度。
意大利费拉拉大学Matteo Valt通过应用多尺度表征方法，从从头模拟到形态、化学、结构和电学表征，证明了在空气中增强的环境稳定性和镍装饰 bP (Ni/bP) 膜的功能改进，用于通过简单、可重复且负担得起的沉积技术制备的气体传感。此外，还研究了这些薄膜的电学行为，旨在通过将它们暴露于不同的气体化合物（NO2、CO2、H2、NH3、CO、苯、乙醇、乙烯、甲醛、H2S和SO2) 和不同的相对湿度 (RH%) 条件。最后，研究了与装饰技术和薄膜厚度相关的镍纳米颗粒 (NiNP) 尺寸和浓度对传感性能的影响。特别是，在室温操作模式下研究了薄膜的传感性能，以突出这种 Ni/bP 薄膜的新应用可能的技术优势，可以为 Ni/bP 薄膜在代表下一代电子技术的高性能和可穿戴传感器中的实际应用开辟道路。
参考文献：Valt, M.; Caporali, M.; Fabbri, B.; Gaiardo, A.; Krik, S.; Iacob, E.; Vanzetti, L.; Malagu, C.; Banchelli, M.; D'Andrea, C.; Serrano-Ruiz, M.; Vanni, M.; Peruzzini, M.; Guidi, V., Air Stable Nickel-Decorated Black Phosphorus and Its Room-Temperature Chemiresistive Gas Sensor Capabilities. ACS Appl Mater Interfaces 2021.
7. 哈尔滨工业大学许宪祝和张乃庆（Small）：通过增强的双锚定效应对N掺杂CoTe2进行有效的多硫化物捕获和转化
现代社会对能源日益增长的需求激发了对先进储能系统的广泛研究兴趣。锂硫（Li-S）电池系统因其令人印象深刻的理论能量密度（2600 Whkg-1）和低成本而受到高度认可。然而，由于多硫化锂 (LiPSs) 溶解导致的穿梭行为，Li-S电池的循环寿命不令人满意，这在很大程度上阻碍了锂硫电池的实际应用。
哈尔滨工业大学许宪祝联合张乃庆团队将N掺杂的 CoTe2作为一种新型双锚定电催化剂。强电负性N的加入进一步增强了催化剂的亲锂性，同时改变了Co的电子性质，从而提高了亲硫性。这种增强的双锚定效应使N掺杂的 CoTe2成为一种出色的电催化剂，可以有效地捕获 LiPS并提高其氧化还原动力学。一系列实验和计算结果表明，掺入的N不仅可以作为增强的亲锂位点，而且还可以提高Co位点的亲硫性。受益于这些优势，使用N掺杂的CoTe2作为催化中间层，Li-S电池能够在4 C下达到758 mAhg-1的令人印象深刻的倍率性能和1000次循环中每循环0.021%的非常低的容量衰减，从而使锂硫电池能够有效运行。这项工作中展示的材料和策略可能为开发更先进的Li-S电催化剂打开大门。
参考文献：Song, X.; Tian, D.; Qiu, Y.; Sun, X.; Jiang, B.; Zhao, C.; Zhang, Y.; Xu, X.; Fan, L.; Zhang, N., Efficient Polysulfide Trapping and Conversion on N-Doped CoTe2 via Enhanced Dual-Anchoring Effect. Small 2021, e2102962.
8. 太原理工大学张鼎（ACS Applied Materials & Interfaces ）：铜和锆共掺杂O3型氧化铁锰钠作为钠离子电池的无钴/镍高容量和空气稳定阴极
锂离子电池自 1991 年开始商业化用于便携式电子设备。它们正在取代燃料发动机为各种车辆提供动力以减少CO2和PM2.5，但这种快速发展引起了人们对锂源的担忧。钠离子电池利用丰富且廉价的钠，被广泛认为是未来储能应用的有前途的设备。电极材料主要决定能量密度和循环曲线，因此开发高性能正极和负极是关键。而且钠基层状电极材料最常见的体系主要可以分为两种主要的堆叠顺序，O3型和P2型。钠离子分别位于八面体和棱柱形位点。O3 阴极提供更高的初始Na含量，这有利于构建用于应用的高能全电池。
太原理工大学张鼎通过引入特定异质元素以优化储能结构稳定性的方法，获得了具有增强电化学性能和空气稳定性的O3-NaFe 0.4Mn0.49Cu0.1Zr0.01O2。它在2-4.1V之间在0.1C下显示出147.5 mAhg –1的初始可逆容量，在0.2C下循环100次后容量保持率超过 69.6%，放电容量为70.8 mAh g–1 5C的高倍率，优于O3-NaFe0.5Mn0.5O2。Cu/Zr的共掺杂保留了层状O3结构，增大了层间距，促进Na +的扩散。此外，通过掺入额外的 Zr有利于高度可逆的相转化过程，Cu掺杂观察到的结构稳定性和空气稳定性得到了很好的保持。因此，这项工作证明了开发用于钠离子电池的无钴/镍的高容量和空气稳定阴极的有效策略。
参考文献：Zheng, Y. M.; Huang, X. B.; Meng, X. M.; Xu, S. D.; Chen, L.; Liu, S. B.; Zhang, D., Copper and Zirconium Codoped O3-Type Sodium Iron and Manganese Oxide as the Cobalt/Nickel-Free High-Capacity and Air-Stable Cathode for Sodium-Ion Batteries. ACS Appl Mater Interfaces 2021.
9. 华南师范大学侯贤华（ACS Applied Materials & Interfaces）：氧缺陷水合二氧化钒/石墨烯作为水性锌电池的优良阴极
与使用有毒有机电解质的电池相比，以水为电解质溶剂的锌离子电池具有较高的安全性、经济性和环保性，在大型储能系统中具有广阔的发展前景。特别是锌在自然界中含量丰富，氧化还原电位低（-0.76 V），比容量高（820 mAh/g），能量密度高，是一种具有良好发展前景的新型二次电池系统。目前，锌离子电池的研究重点是开发高容量、长寿命的正极材料。正极材料是锌离子电池的重要组成部分之一，关系到电池的电压窗口、循环稳定性和倍率性能。在众多正极材料中，钒基化合物以其价态可变、结构不同、安全性高、成本低、理论容量高等优点，具有广阔的应用前景。
华南师范大学侯贤华构建了具有丰富氧空位缺陷和石墨烯改性的 3D 海绵状水合二氧化钒复合材料（Od-HVO/rG）。由于稳定的结构和丰富的活性位点，Od-HVO/rG表现出优异的电化学性能。在水性电解质中，Od-HVO/rG正极提供高初始充电容量（0.1 A/g 时为 428.6 mAh/g）、令人印象深刻的倍率性能（即使在 20 A/g 时也为 186 mAh/g）和循环稳定性，仍可保持 197.5 mAh/g在 10 A/g 下循环 2000次。此外，还实现了245.3 Wh/kg 的优异比能量和14142.7 W/kg 的比功率。此外，制备了MXene/Od-HVO/rG正极材料并应用PAM/ZnSO4水凝胶电解质组装柔性软包准固态锌离子电池，该电池还表现出优异的柔韧性和循环稳定性（206.6 mAh/ g 2000 次循环后）。这项工作为可充电水性锌离子电池的进展奠定了基础，同时揭示了柔性储能设备的实际应用潜力。
参考文献：Huang, S.; He, S.; Qin, H.; Hou, X., Oxygen Defect Hydrated Vanadium Dioxide/Graphene as a Superior Cathode for Aqueous Zn Batteries. ACS Appl Mater Interfaces 2021.
10. 南京大学张会刚（Small）：一种多硫化物限制的一体式多孔微胶囊锂硫电池正极
二次电池系统对全球新能源发展越来越重要。最近，迫切需要用于电动汽车 (EV) 的高体积和重量能量密度电池。锂离子电池由于其高工作电压和长循环寿命而被广泛应用。然而，仍然非常需要具有更高能量密度和更低成本的新兴二次电池。由于2600 Wh kg -1的高理论能量密度和1675 mAhg-1 的容量，锂硫（Li-S）电池为开发有前景的电动汽车动力电池带来了新的机遇。此外，硫是天然丰富的，具有成本效益，环境友好，具有商业化前景。尽管有这些优势，但目前，一些问题阻碍了锂硫电池的发展。一是硫及其排放产物的导电性差；二是在充放电过程中硫中间体在电解液中的溶解和迁移；三是循环过程中硫的体积变化大。
南京大学张会刚开发了一种新型多孔微胶囊系统，该系统包含碳纳米管/二氧化锡量子点/S（CNTs/QDs/S）复合核和通过液体驱动同轴微流体方法制备的多孔壳作为锂硫电池正极。微胶囊中包裹的CNTs提供了电子传递途径; 在碳纳米管上的SnO2量子点通过强吸附固定多硫化物，这一点通过结合能的密度泛函理论计算得到验证。微胶囊的多孔壳有利于离子扩散和电解质渗透。微胶囊内的空隙适应硫的体积变化。基于多孔 CNTs/QDs/S 微胶囊的 Li-S电池在0.1 C 下循环100次后显示出1025 mAhg-1的高容量。当硫负载量为2.03mg cm-2 时，电池显示出稳定的循环寿700次循环，库仑效率超过99.9%，重复测试期间可恢复的倍率性能，以及在-5和45°C下的良好温度耐受性，这表明在不同条件下的应用潜力。
参考文献：Liu, J.; Zhu, M.; Shen, Z.; Han, T.; Si, T.; Hu, C.; Zhang, H., A Polysulfides-Confined All-in-One Porous Microcapsule Lithium-Sulfur Battery Cathode. Small 2021, e2103051.
11. 东南大学陈坚（ACS Applied Materials & Interfaces）：一种用于钠/钾离子储能的具有 S/N 共掺杂的柔性多通道中空CNT/碳纳米纤维复合材料
柔性储能装置，尤其是快速发展的柔性锂离子电池（LIBs），已经在许多应用中融入我们的生活。然而，锂的稀缺促使人们寻求其他替代品。在各种选择中，基于天然丰富且廉价的碱金属离子（钠离子 Na+、钾离子K+）的电化学装置备受关注。此外，钠离子电池（SIBs）和钾离子电池（PIBs）具有合适的氧化还原电位和类似 LIB 的摇椅机制，给予广阔的设计空间和商业前景。同时，柔性电极需要在反复机械变形下保持电化学性能，这对结构稳定性提出了更高的要求。因此，开发具有良好电化学性能的机械坚固电极材料是柔性 SIB 和 PIB 的关键挑战。
东南大学陈坚提出了具有独特的多通道中空一维/一维碳纳米管/碳纳米纤维网络的形态和具有S/N共掺杂的碳的晶格结构的综合设计。受益于更大的层间距和灵活的纤维网络，S/N掺杂的碳纳米管/碳纳米纤维复合材料（CNT/SNCF）不仅具有高导电性，而且在钠化和钾化过程中具有良好的结构稳定性。当用作SIBs和PIBs的阳极材料时，显示出高放电容量(在1 A/g情况下, 1000次循环后分别为274.1和212.5 mAhg- 1)、优异的循环稳定性（5000次循环后在5A/g下分别为150.4和100.1mAhg–1）和倍率性能（在10A/g下为109.3mAhg –1和在5A/g下为108.7mAhg –1），显示出柔性储能设备的广阔前景。
参考文献：Chen, D.; Huang, Z.; Sun, S.; Zhang, H.; Wang, W.; Yu, G.; Chen, J., A Flexible Multi-Channel Hollow CNT/Carbon Nanofiber Composites with S/N Co-Doping for Sodium/Potassium Ion Energy Storage. ACS Appl Mater Interfaces 2021.
12. 美国韦恩州立大学Leela Mohana Reddy Arava（Journal of the American Chemical Society）用于锂离子电池的无镍和钴硫基阴极化学中阳离子和阴离子的混合氧化还原
经过30年的积极研究，目前的锂离子电池技术已经达到了一个平台，需要在能量密度和循环性方面进行改进，以满足不断增长的能源需求。一般而言，LiCoO2(LCO)、LiFePO4(LFP)、LiNiMnCoO2(NMC) 和 LiNiCoAlO2(NCA)等传统正极均基于过渡金属的氧化还原化学性质，其容量利用率仅由过渡金属离子（阳离子氧化还原提供150-200mAh/g范围内的比容量）。近年来，研究人员一直在探索所谓的“富锂阴离子氧化还原”阴极化学，其中存储在氧化物阴离子上的电子在氧化还原反应中与过渡金属氧化还原一起被可逆地利用。阴离子和阳离子的结合氧化还原使这些富锂正极材料具有显着更高的储能能力。
美国韦恩州立大学Leela Mohana Reddy Arava提出了一种通过在阴极结构框架中引入电负性较小的硫属元素配体（硫）来改善金属-配体共价的替代方法，其中金属d带穿透配体p带，从而利用可逆的混合阴离子和阳离子氧化还原化学。在锂离子导电相(Li2SnS3)中引入Fe2+/3+等部分填充的d轨道氧化还原电偶时，开发一种新的层状阴极材料家族的可能性。详细的高分辨率透射电子显微镜和高环形暗场扫描透射电子显微镜研究揭示了多氧化还原诱导的结构改性及其在循环过程中纳米孔形成的表面非晶化。这项研究的结果在基于硫属元素的双阴离子和阳离子氧化还原阴极途径中设计无镍和钴的硫属元素阴极和各种功能材料提供参考。
参考文献：Nagarajan, S.; Hwang, S.; Balasubramanian, M.; Thangavel, N. K.; Arava, L. M. R., Mixed Cationic and Anionic Redox in Ni and Co Free Chalcogen-Based Cathode Chemistry for Li-Ion Batteries. J Am Chem Soc 2021.
13. 中山大学孟跃中（Small）：具有均匀分子间Li+路径的有机-无机杂化聚合物固体电解质的相间构建，用于稳定的锂金属电池
对更好产品体验的日益增长的需求促使我们快速开发新一代电子设备，这也为储能系统设定了更高的标准。它激发了对先进材料的广泛研究，以满足二次电池高能量密度日益增长的需求。金属锂(Li)，比容量是石墨碳负极的10倍（3860 mAhg-1与370mAhg-1），与传统过渡金属氧化物阴极材料相比，它是未来阴极最有希望的候选材料之一。然而，与锂金属电极相关的两个关键科学问题是不稳定的固体电解质中间相(SEI)和锂电镀/剥离过程中的锂枝晶生长，这导致电解质和锂金属的快速消耗，进一步导致电解液“干涸”、电池过早失效和库仑效率(CE)低。
中山大学孟跃中设计了一种在分子水平上具有均匀锂离子路径的新型有机-无机杂化聚合物人工SEI（POSS-LiBMAB）层来稳定锂金属负极。SEI层是由含八巯基丙基(POSS-SH)的无机多面体倍半硅氧烷低聚物(POSS-SH)与双(烯丙二酸)硼酸锂(LiBMAB)在锂箔上进行巯基click化学反应而形成的。此外，POSS-LiBMAB薄膜还可以通过分子间S- C键进行交联和自增强。得益于其灵活的聚合物共价结构和无机 Si8O16型立方体，有机-无机杂化聚合物层具有柔韧性，可有效耐受电镀/剥离循环过程中锂金属负极的体积变化。此外，该层显示出 Li+和电荷离域sp3硼-氧阴离子之间松散且均匀分布的静电相互作用，这有助于形成均匀的分子间Li+路径，调节Li+通量在锂负极上的均匀分布。最后，设计的POSS-LiBMAB层具有高离子电导率和锂离子转移数，可以有效促进Li+扩散并引导锂沉积在SEI 层下方。因此，在POSS-LiBMAB层的保护下，锂金属负极在5mAcm-2 下表现出稳定循环超过1000小时，而LFP//Li全电池也表现出出色的循环稳定性。
参考文献：Liu, P.; Zhang, J.; Zhong, L.; Huang, S.; Gong, L.; Han, D.; Wang, S.; Xiao, M.; Meng, Y., Interphase Building of Organic-Inorganic Hybrid Polymer Solid Electrolyte with Uniform Intermolecular Li(+) Path for Stable Lithium Metal Batteries. Small 2021, e2102454.
14. 哈尔滨大学陈刚（Journal of Colloid and Interface Science）：由 N 掺杂碳层限制的分层 MnV2O4中空夹层纳米片作为高性能锂离子电池的负极
可充电锂离子电池（LIBs）因其巨大的能量密度和大功率密度而被认为是最重要的电化学储能系统。然而，由于不令人满意的理论锂存储容量，其作为必要的电化学储能装置的进一步应用受到限制。在金属钒氧化物中，锰钒氧化物（MnVO）具有成本低、易得、环境污染小等绿色化学优势。更重要的是，MV2O4型双金属尖晶石钒酸盐因其独特的几何结构、电子特性和高理论容量（约974mAhg-1）而被认为是一种很有前途的负极材料。
哈尔滨大学陈刚通过微波辅助和原位热解涂覆的聚多巴胺，在5分钟内有效地合成了一种新型尖晶石MnV2O4双层空心夹心纳米片，包裹在N掺杂的多孔碳层（MnV2O4/NC）中。MnV2O4/NC 由于其独特的双层空心夹层微观结构、混合锂存储机制和氮掺杂碳层的原位涂覆，显示出作为锂离子电池负极的优异性能，在1000mAg-1时的比容量为760mAhg-1，并且在1000次循环后甚至在5000mAg-1下的比容量为525.5mAhg-1具有出色的循环稳定性。
参考文献：Jing, F.; Pei, J.; Zhou, Y.; Qin, Z.; Cong, B.; Hua, K.; Chen, G., Hierarchical MnV2O4 double-layer hollow sandwich nanosheets confined by N-doped carbon layer as anode for high performance lithium-ion batteries. J Colloid Interface Sci 2021, 607 (Pt 1), 538-545.
15. 香港城市大学支春义（ACS Nano）：走向实用的锌粉阳极：Ti3C2TxMXene 作为晶格匹配电子/离子再分布器
尽管人们在解决枝晶、死锌和锌箔作为锌基电池负极的寄生反应方面付出了巨大的努力，但实际上，锌箔并不适合工业实际应用。锌粉（Zn-p）具有成本低、加工性好、可调性好等优点。相比之下，锌箔价格昂贵，更重要的是，锌箔同时作为集流体和活性材料会带来很多麻烦。然而，具有大大扩大的Zn-p表面积的特定球形微结构有望使Zn阳极更加复杂和难以处理。揭示Zn-p阳极的多个潜在问题对理解机理和对策至关重要，但很少在水溶液中对其进行研究。
香港城市大学支春义专注于锌粉阳极并揭示其与锌箔不同的未知失效机制。利用二维柔性导电Ti3C2TxMXene薄片具有六方密排晶格作为电子和离子的再分配器，构建了稳定且高度可逆的锌粉阳极，没有枝晶生长和低极化。低晶格失配(~10%)使沉积的Zn的(0002) 面和 Ti3C2TxMXene的(0002) 面之间形成相干的异质界面。因此，诱导Zn2+离子通过内部桥接的穿梭通道经历快速均匀成核和具有低能垒的持续可逆剥离/镀覆。与氰基六氰基铁酸铁(FeHCF)阴极配对，FeHCF// MXene@Zn全电池提供卓越的循环耐久性和倍率能力，其使用寿命接近 100%，达到850%的裸锌粉末同类产品。所提出的涉及高速电子/离子通道、低势垒异质界面Ti3C2TxMXene再分配器策略有望广泛应用于其他碱金属阳极。
参考文献：Li, X.; Li, Q.; Hou, Y.; Yang, Q.; Chen, Z.; Huang, Z.; Liang, G.; Zhao, Y.; Ma, L.; Li, M.; Huang, Q.; Zhi, C., Toward a Practical Zn Powder Anode: Ti3C2Tx MXene as a Lattice-Match Electrons/Ions Redistributor. ACS Nano 2021.
本文由春国供稿。
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