1. Energy Storage Materials：动态静电屏蔽层用于高度可逆锌金属负极 水系锌离子电池(AZIBs)因其固有的安全性、成本效益和环境友好性而受到广泛关注。然而，它们在大规模储能系统中的应用受到不可控的枝晶生长和电极-电解质界面严重副反应的阻碍。在此，中南大学梁叔全教授&周江教授&唐艳副教授团队提出在ZnSO4电解质中加入三价钇(Y3+)离子，它可以在Zn负极上形成阳离子静电屏蔽层，以调节Zn2+离子的沉积行为。具有较低有效还原电位的惰性Y3+离子将选择性地吸附在活性位点上，通过持续的动态静电屏蔽效应促进均匀的锌沉积。此外，吸附的Y3+离子可在Zn负极表面形成保护层，减轻水分子引起的腐蚀反应。因此，具有0.1 M Y3+离子的Zn//Zn电池在5 mA cm-2下表现出2080小时内无枝晶的Zn电镀/剥离，同时组装的Zn//NH4V4O10电池在5 A g-1下循环2000次后高容量保持率为89.6%。图1. Y3+对锌沉积行为的影响总之，该工作提出了一种无毒、经济高效的稀土金属离子添加剂引入ZSO电解质中以实现高性能AZIB。引入的Y3+离子自发吸附在Zn负极表面并形成动态静电屏蔽层，有助于均匀的Zn沉积并抑制副反应。此外，Y3+离子表现出自我调节的重新分布行为，确保了静电屏蔽层的灵活性和可持续性。正如预期的那样，具有0.1 M Y3+离子添加剂的Zn//Zn对称电池可以在5 mA cm-2的高电流密度/2 mAh cm-2的容量密度下运行超过2080小时。特别地，使用改性电解质组装的Zn//NVO电池具有显著的循环稳定性，在5 A g-1下循环2000次后容量保持率为89.6%。因此，该策略扩大了AZIB中稀土添加剂的可能性，促进了先进电池系统的实际应用。图2. 全电池的电化学性能A dynamic electrostatic shielding layer toward highly reversible Zn metal anode， Energy Storage Materials2023 DOI: 10.1016/j.ensm.2023.102949
2. ACS Nano：平衡锂盐和溶剂的供体数实现高性能锂金属负极
传统碳酸盐电解质中锂沉积/剥离的可逆性较低，阻碍了锂金属电池的发展。在此，清华大学刘凯教授团队提出具有中等供体数（DN）的溶剂和LiNO3作为唯一盐的组合，由于其在普通溶剂中的溶解度或解离度较低而鲜有工作报道。该研究发现当LiNO3作为唯一盐时，溶剂的DN值与Li沉积行为的可逆性高度相关。即使在普通或中等浓度下，LiNO3与中等 DN 溶剂的组合也表现出准浓缩电解质的性质。由于LiNO3的解离（通常对应于过高的 DN）可以实现低电导率或过度溶剂分解的高可逆性。因此，该工作通过优化溶剂与锂盐组合，锂沉积/剥离的库仑效率高达99.6%。图1. 溶剂选择总之，该工作通过对锂盐和溶剂的DN进行精细调整提出了一种用于高性能锂金属负极的电解质组合。特别是LiNO3，通常以添加剂发挥作用，被用作电解质中的唯一盐。DMI是一种尿素基分子，具有中等DN和对LiNO3具有高溶解度可作为溶剂确保LiNO3在电解液中稳定存在。这种组合产生了一种溶剂性差的溶剂化结构，否则只能在更高浓度下与其他锂盐一起实现。在此基础上，作者提出了DN作为筛选适合LiNO3作为锂盐的溶剂以获得高库仑效率。因此，该项工作将扩大溶剂和锂盐的选择范围。图2. 电池性能Tuning and Balancing the Donor Number of Lithium Salts and Solvents for High-Performance Li Metal Anode ACS Nano 2023 DOI: 10.1021/acsnano.3c05016
金属锌是一种很有前途的水溶液储能装置的负极，但锌基电池存在不可控的枝晶生长和腐蚀，导致循环寿命短和库仑效率(CE)低。在此，中国科学院福建物质结构研究所张健、李巧红等人采用硫酸锌、氯化铜和聚N-二烯丙基甲基氯化按(PDADMAC)等组成复合电解质—PDADMACCuCl2-ZnSO4，同时重建外Helmholtz平面(OHP)，并对高可逆锌负极的Zn表面进行均匀化。此外，拉曼光谱、X射线光电子能谱、X射线衍射、密度泛函理论计算和电化学测试等证实氯离子的加入促进了PDADMAC在双电层OHP上的吸附，并通过调节电场来控制Zn沉积过程。同时，通过Cu2+在Zn表面的反应实现Zn表面的原位均匀化。因此，Zn//Zn对称电池在5 mA cm-2和5mAh cm-2下可维持极长时间的循环2407小时，在10 mA cm-2和10 mAh cm-2下可维持1300小时。在15%放电深度下，430次循环可达到99.3%的高平均CE。图1. 作用机制总之，该工作开发了一种获得高电阻率锌负极的策略，该负极具有OHP调节且采用PDADMAC-CuCl2-ZnSO4作为电解液，可以完成氢氧化物的生成。Zn//Zn对称电池在5 mA cm-2和5mAh cm-2下可维持极长时间的循环2407小时，在10 mA cm-2和10 mAh cm-2下可维持1300小时。在15%放电深度下，430次循环可达到99.3%的高平均CE。最后利用PDADMAC-CuCl2-ZnSO4电解液对衍生的ZIF-8-800的改性能力，将PDADMAC-CuCl2– ZnSO4添加到Zn//I2电池中, 在4450次循环后达到了100%以上的高容量保留率。因此，该工作为高可逆锌负极的EDL研究提供了新的视角。图2. 电池性能Outer Helmholtz Plane Regulation and In Situ Zn Surface Reconstruction for Highly Reversible Zn Anodes Advanced Functional Materials 2023 DOI: 10.1002/adfm.202308023
7. Energy Storage Materials：通过先进锂离子电池的纳米级相分离实现富镍正极的单晶生长和偏析
富镍正极材料，如LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2（NMC811），由于其高能量密度而有助于提高下一代锂电池的电池能量。然而，NMC811及以上材料存在一些问题，如对湿气敏感、裂纹和产生气体，这些问题阻碍了其在电动汽车电池中的大规模应用。在此，美国西太平洋国家实验室肖杰研究团队探索了一种纳米级相分离方法，用于合成高性能单晶NMC811，该方法适用于工业制造。关键在于将具有良好形态的过渡金属氢氧化物（TM(OH)2）前体转化为过渡金属氧化物（TMO）中间体，然后再与锂盐反应。由于尖晶石和岩盐相同时形成，TMO中Ni的纳米级重新分布有助于分散后期形成NMC811晶体团簇。图1. 材料结构表征总之，本工作通过可扩展的固态方法，实现了一种合成单晶NMC811的新方法。TM(OH)2的分解导致TMO的形成，与LiOH反应后有助于单晶NMC811的生长。使用较小的TM(OH)2前体可以更好地控制颗粒尺寸，并减少单晶之间的团聚。直接合成单晶NMC811为大规模制备先进锂电池的单晶正极材料提供了一个新的方向，为解决富镍正极材料制造的挑战提供了更具成本效益的解决方案。图2. 在锂离子软包电池中验证了合成的单晶NMC811Simultaneous Single Crystal Growth and Segregation of Ni-Rich Cathode Enabled by Nanoscale Phase Separation for Advanced Lithium-Ion Batteries Energy Storage Materials 2023 DOI: 10.1016/j.ensm.2023.102947
