20190715 Nature Energy：雙鹽液態電解質助力長壽命無枝晶無負極金屬鋰軟包電池
采用鋰金屬負極的二次電池體系由于具有比現存鋰離子電池高的能量密度因而被視為是最可靠的新型儲能技術。很多研究人員認為如果想獲得電池長期循環所需的平整、無枝晶金屬鋰的沉積形貌就需要將傳統的液態電解質更換為固態電解質。在本文中，加拿大達爾豪斯大學的Jeff Dahn發現使用LiDFOB/LiBF4雙鹽液態電解質的無負極鋰金屬軟包電池循環90周后仍能夠保持高達80%的容量保持率，這是目前為止零過量鋰金屬電池的最長循環壽命。即使在循環50周后，這種液態電解質也能夠保持金屬鋰的致密無枝晶形貌。他們利用NMR技術發現對于無枝晶形貌有突出效果的電解質鹽在整個循環過程中的消耗十分緩慢，這是軟包電池性能優異的重要原因。
Rochelle Weber, Jeff Dahn et al, Long cycle life and dendrite-free lithium morphology in anode-free lithium pouch cells enabled by a dual-salt liquid electrolyte, Nature Energy, 2019
https://www.nature.com/articles/s41560-019-0428-9
20190712 Nature Commun.：在高壓鋰電池中穩定聚合物電解質
基于醚的液態和固態聚合物電解質是可充電鋰和鈉電池最有前途的選擇。然而，這些電解質在低負極電位下不受控制的陰離子聚合和正極工作電位下的氧化降解使得基于聚合物電解質的固態或柔性電池只能在基于低壓或中壓正極的電池中實現。
佛羅里達州立大學Jose L. Mendoza-Cortes 和康奈爾大學 Lynden A. Archer團隊重新考慮了負極上不受控制的相間聚合物鏈增長和高壓鋰電池正極上醚氧化降解的化學過程，并在此基礎上表明，要特別注意設計相間來限制負極處的聚合，以及在正極處要促進去溶劑化，以此設計基于醚的電解質來克服常規限制。
研究者指出，1）使用鏈轉移劑（CTA）能夠抑制電解質在鋰金屬負極處的陰離子聚合從而提供異常高水平的相間穩定性。2）陰離子分子的導電涂層可以在去往正極的途中去Li+溶劑化，這是設計預先形成的陰離子聚合物和超分子組成的自限性正極電解質界面（CEI）的一個組成部分，從而能夠在高氧化電極電位下穩定甘醇二甲醚，該正極電解質界面提供了將基于醚的電解質的電壓穩定性擴展到遠高于常規可接受限度的電位。3）在各種交聯配置中的聚醚能夠在電池再充電期間抑制鋰金屬負極處粗糙、枝狀的電沉積。
Snehashis Choudhury, Zhengyuan Tu, A. Nijamudheen, Michael J. Zachman, Sanjuna Stalin, Yue Deng, Qing Zhao, Duylinh Vu, Lena F. Kourkoutis, Jose L. Mendoza-Cortes, Lynden A. Archer, Stabilizing polymer electrolytes in high-voltage lithium batteries, Nature Communications, 2019.
DOI: 10.1038/s41467-019-11015-0
https://www.nature.com/articles/s41467-019-11015-0
20190718 EES：具有Grotthuss鋰離子傳導機理的多功能單離子電解質助力無枝晶鋰金屬電池
使用鋰金屬負極的電池具有高能量密度的理想特性。然而，眾所周知，金屬鋰的枝晶形成嚴重阻礙了其實際應用。在本文中，復旦大學的Yonggang Wang 與美國明尼蘇達大學的Donald G. Truhlar等提出了一種多用途的單離子電解質，它通過在金屬有機骨架的開放金屬位點上配位電解質中陰離子的策略來實現的。研究人員對活化能和理論量子力學計算的進一步研究表明，Cu-MOF-74孔內的Li離子傳輸是通過類Grotthuss的機理進行的，即通過高氯酸鹽基團之間的Li離子的配位跳躍來傳輸電荷。這種單離子電解質的用途十分廣泛。當單離子電解質用于Li /Li對稱電池和Li /LiFePO4全電池時，Li枝晶的形成能夠被抑制，從而賦予這兩種電池超長的使用壽命。此外，當單離子電解質組裝到Li /LiMn2O4電池中時，即使在高溫下也能抑制Mn2+在電解質中的溶解，從而提高了Li/LiMn2O4電池的容量保持率，延長了電池的使用壽命。
Shouyi Yuan, Yonggang Wang, Donald G. Truhlar et al, Versatile Single-Ion Electrolyte with Grotthuss-like Li Conduction Mechanism for Dendrite-Free Li Metal Batteries, Energy Environ. Sci, 2019
Doi: 10.1039/C9EE01473J
https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2019/EE/C9EE01473J#!divAbstract
20190718 ESM：醌類化合物衍生的超親鋰SEI膜調控均勻鋰沉積
具有超高理論比容量的金屬鋰被視為是未來新一代高比能電池最理想的負極材料。然而，金屬鋰負極的廣泛應用受到鋰負極表面不均勻鋰沉積的限制。在本文中，蘇州大學的Tao Qian等將四氯-1,4-苯醌（TCBQ）用作電解液添加劑，這種添加劑具有相對低的LUMO軌道且能夠在循環過程中生成含有Li2TCBQ的SEI膜。作者利用分子動力學模擬發現Li2TCBQ能夠憑借其高度親鋰特性而作為鋰沉積誘導劑調控鋰離子在負極表面實現均勻沉積。添加了TCBQ的電池能夠在5mAh/cm2的深度循環過程中保持無死鋰生成，同時循環過程中碳酸酯電解液中的有機溶劑的分解也被有效抑制。TCBQ電解液添加劑的應用為高比能金屬鋰負極的實際應用提供了新的方案。
Xiaowei Shen, Tao Qian et al, Super Lithiophilic SEI Derived from Quinones Electrolyte to Guide Li Uniform Deposition, Energy Storage Materials, 2019
DOI: 10.1016/j.ensm.2019.07.020
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2405829719308803?dgcid=rss_sd_all#!
20190719 ESM綜述：固態鋰金屬電池固體電解質-電極界面的液相療法
使用固體電解質的固態鋰金屬電池具有高理論比容量和顯著增強的安全特性，因而被視為新一代電化學儲能器件的最佳選擇。然而，極大的界面阻抗嚴重限制了固態鋰金屬電池的實際應用。為了構建具有合適阻抗的電化學界面，向固態體系中引入少量液態電解質是最高效便捷的方法。最近，北京理工大學的黃佳琦、美國馬里蘭大學的Yifei Mo、寧波材料所的Xiaoxiong Xu、物理所的李泓以及清華大學的張強等總結概括了液態電解質、電極以及固體電解質的界面行為基本原理。然后。作者討論了界面浸潤、原位聚合以及界面反應等多種新興策略。最后，作者針對現存的界面問題給出了采用液態電解質的限制與發展前景。
Chenzi Zhao, Jiaqi Huang, Yifei Mo, Xiaoxiong Xu, Hong Li, Qiang Zhang et al, Liquid phase therapy to solid electrolyte–electrode interface in solid-state Li metal batteries: A review, Energy Storage Materials, 2019
DOI: 10.1016/j.ensm.2019.07.026
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2405829719308864?dgcid=rss_sd_all#!
20190715 AFM：在碳包覆的CoSx表面上自催化生長Co，N共摻碳納米管：用于柔性鋅空電池的雙功能催化劑
納米結構在材料表面上的自催化生長是設計多功能催化劑最具時間和成本效益的方法之一。南京工業大學邵宗平和Kaiming Liao團隊提出一種基于自催化化學氣相沉積的可擴展一鍋合成策略，以制備具有3D海膽結構的雙功能電催化劑。碳納米管尾部在CoSx核的表面上原位生長（CoSx/Co-NC），從而使得CoSx核包封在與Co，N共摻雜的碳納米管纏結的超薄多孔碳殼中。復合材料獨特的3D電極結構，有利于輸送氧物種和電子并在具有不同功能的組件之間產生協同作用。
該催化劑在堿性電解液中表現出優異的ORR和OER電催化活性，ΔE僅為0.74 V，且具有優異的循環穩定性。此外，與該電極組裝的柔性固態鋅空氣電池在1mA cm-2下顯示出1.25V的穩定放電電壓平臺和70％的效率。
Qian Lu, Jie Yu, Xiaohong Zou, Kaiming Liao, Peng Tan, Wei Zhou, Meng Ni, Zongping Shao, Self‐Catalyzed Growth of Co, N‐Codoped CNTs on Carbon‐Encased CoSx Surface: A Noble‐Metal‐Free Bifunctional Oxygen Electrocatalyst for Flexible Solid Zn–Air Batteries, Advanced Functional Materials, 2019.
DOI: 10.1002/adfm.201904481
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.201904481
20190717 Angew：Co-Fe尖晶石氧化物八面體中的惰性Fe3+的氧化還原助力鋅空電池增強的氧催化活性
雙金屬鈷基尖晶石因其具有雙功能催化性能引起了研究者們的極大興趣。然而，對于Fe3+摻雜在Co3O4尖晶石中的影響仍然知之甚少，主要是因為催化劑的表面狀態難以捕獲。
紐卡斯爾大學馬天翼和Zhao-Qing Liu團隊將雜化尖晶石Co2FeO4/(Co0.72Fe0.28)Td(Co1.28Fe0.72)OctO4納米顆粒生長在N摻雜碳納米管（NCNT）上，并將其作為雙功能電極。該雜化尖晶石具有豐富的共邊[Co1/2Fe1/2O6]八面體單元，可有效影響Co3+ Oct的化學環境。由Fe-Co取代引起的Co-O鍵長度變化也可以影響鍵的共價。研究者采用通過操縱其電子自旋狀態來激活Co3+ Oct離子，尖晶石Co3O4中Co3+ Oct的電子構型可以通過置換Fe3+ Oct/Td來調節。理論計算和磁測量表明，Co 3d電子離域和自旋態躍遷導致Fe-陽離子引入到Co3O4中。相鄰的Fe3+在自旋和電荷作用下均能有效激活Co3+，從而提高了雜化尖晶石Co2FeO4的固有氧催化活性。此外，NCNT由于其高導電性，大表面積和固有柔韌性，可以作為金屬氧化物的理想導電基底。將碳材料與活性雜化尖晶石偶聯，得到的Co2FeO4/NCNT顯示出優異的催化性能，使其有希望用作鋅空氣電池中的雙功能電催化劑。
Zhao-Qing Liu, Xiao-Tong Wang, Ting Ouyang, Ling Wang, Jia-Huan Zhong, Tianyi Ma, Redox‐Inert Fe3+ in Octahedral Sites of Co‐Fe Spinel Oxides with Enhanced Oxygen Catalytic Activity for Rechargeable Zn‐Air Batteries, Angewandte Chemie International Edition, 2019.
DOI：10.1002/anie.201907595
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201907595
20190712 Angew：乙酰丙酮釩（III）作為Li-O2電池的高效可溶性催化劑
Li-O2電池中的高供體數（DN）溶劑能夠溶解Li2O2形成過程中的超氧化物中間體，從而促進在高倍率下的高容量并避免早期電池死掉。然而，它們的有益特性也導致對高反應性超氧化物中間體的不穩定性。此外，Li-O2電池將提供優異的能量密度，但是當僅使用固體催化劑操作時難以實現多相的電化學反應。
紐卡斯爾大學馬天翼團隊證明乙酰丙酮釩（III）V(acac)3是一種有效的可溶性催化劑，可以解決這些問題。雙功能V(acac)3可溶性催化劑可以通過控制超氧化物中間體來調節ORR機制，并通過在電解質中傳輸電子來降低充電電壓。在放電期間，V(acac)3與超氧化物中間體結合，加速O2還原動力學并減少副反應。在充電期間，V(acac)3充當氧化還原介體，允許Li2O2的有效氧化。具有V(acac)3的Li-O2電池表現出低過電位，高倍率性能和相當大的循環穩定性。
Qin Zhao, Naman Katyal, Ieuan D. Seymour, Graeme Henkelman, Tianyi Ma, Vanadium (III) Acetylacetonate as an Efficient Soluble Catalyst for Li‐O2 Battery, Angewandte Chemie International Edition, 2019.
DOI: 10.1002/anie.201907477
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201907477
20190712 AFM：激活氧-氧化還原助力層狀P2型鈉基化合物
韓國世宗大學Jongsoon Kim和Seung-Taek Myung團隊實現了在層狀鈉基化合物中由鈷輔助的高速氧氧化還原，詳細介紹了由快速氧氧化還原激活的P2型Na0.6[Mg0.2Mn0.8-xCox]O2（x = 0-0.2）的結構和機制。X射線吸收光譜分析表明氧-氧化還原物質（O2- /1-）在循環期間是活躍的。第一性原理計算表明，Co的加入將帶隙能量從≈2.65降低到≈0.61eV，Co 3d和O 2p軌道的重疊促進了電子的簡單轉移，即使在高倍率下也能實現氧化還原的長期可逆性。合理設計的Na0.6[Mg0.2Mn0.6Co0.2]O2具有出色的電極性能，放電容量為214 mAh g-1（26 mA g-1），100次循環后容量保持率為87％。在7C（1.82 A g-1）下也實現了高倍率性能107 mAh g-1。且Na0.6[Mg0.2Mn0.6Co0.2]O2化合物能夠在5C（1.3 A g-1）下1000個循環后容量保持率為72％。
Hee Jae Kim, Aishuak Konarov, Jae Hyeon Jo, Ji Ung Choi, Kyuwook Ihm, Han‐Koo Lee, Jongsoon Kim, Seung‐Taek Myung, Controlled Oxygen Redox for Excellent Power Capability in Layered Sodium‐Based Compounds, Advanced Functional Materials, 2019.
DOI: 10.1002/aenm.201901181
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/aenm.201901181
20190712 張強&孫靖宇AEM綜述：中介設計助力Li-S電池電催化化學
Li-S電池的實際應用受到眾多關鍵挑戰的阻礙，主要涉及致命的多硫化鋰（LiPS）穿梭和緩慢的硫氧化還原動力學。Li-S化學中合理化的電催化過程對于LiPS的捕獲和轉化是至關重要的。清華大學張強和蘇州大學孫靖宇團隊總結了最近的Li-S化學中介設計的策略，旨在深入了解硫的反應機理，指導合理的介體設計，實現高能量長壽命的鋰硫電池。該綜述討論LiPS的演變和對電池循環能力的相應影響，并為LiPS的調節提供了進一步的合理指導，對Li-S化學中的電催化和催化過程設計的機理進行了概述，并展望了構建高性能Li-S電池的未來前景。
Yingze Song, Wenlong Cai, Long Kong, Jingsheng Cai, Qiang Zhang, Jingyu Sun, Rationalizing Electrocatalysis of Li–S Chemistry by Mediator Design: Progress and Prospects, Advanced Energy Materials, 2019.
DOI: 10.1002/aenm.201901075
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/aenm.201901075
20190719 Nature Commun：自發反應保護多孔鋰電極用于鋰硫電池
可充電鋰負極需要多孔結構以獲得高容量，當用于Li-S電池時，需要穩定的電極/電解質界面以防止枝晶形成和多硫化物穿梭。香港科技大學趙天壽和Q. Chen團隊設計了兩個簡單的自發反應步驟來保護多孔鋰電極。首先，將熔融Li注入到硫浸漬的碳納米纖維中，形成具有鋰殼和碳核的多孔纖維網絡Li復合材料。然后，多孔Li復合物與金屬氟化物絡合物（BiF3-P2S5）反應，以自發形成緊密錨定在Li表面上的Li3Bi合金和LiF。P2S5還與多孔電極上殘留的Li2S聚合，形成離子導電的無定形Li2S-P2S5固體電解質層。自發實現的多尺度保護能夠使Li-S全電池在6.0 mA cm-2時相當高的硫負荷（10.2 mg cm-2）下穩定運行200多個循環。
Y. X. Ren, L. Zeng, H. R. Jiang, W. Q. Ruan, Q. Chen, T. S. Zhao, Rational design of spontaneous reactions for protecting porous lithium electrodes in lithium–sulfur batteries, Nature Communications, 2019.
DOI: 10.1038/s41467-019-11168-y
