1. AM: 內置電場助力氧化鐵納米管陣列高效儲鈉性能
能夠實現快速持久充放電的高功率鈉離子電池有望成為當前鋰離子電池的替代品。然而，常規鈉離子電池負極材料的低反應活性和較差的穩定性為其實際應用設置了障礙。蘇州大學李亮團隊通過將表面硫化后的氧化鐵設計為有序的納米管陣列并將其用作鈉離子電池的負極材料。由此形成的材料中存在著氧化物和硫化物異質結，異質結在材料內部形成電場，不僅降低了反應活化能而且顯著提高了電荷轉移動力學。
得益于這種內置電場和有序結構的協同作用，氧化鐵納米管陣列在5A/g的電流密度下循環200周后的容量保持率仍然高達91%，這超過了目前文獻中報道的氧化鐵儲鈉性能。此外，基于這種氧化鐵納米管陣列負極和Na0.67Mn0.67Ni0.23Mg0.1O2正極的全電池在功率密度為330W/kg的情況下其能量密度高達142Wh/kg。
Jiangfeng Ni, Liang Li et al, Highly Efficient Sodium Storage in Iron Oxide Nanotube Arrays Enabled by Built‐In Electric Field, Advanced Materials, 2019
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201902603?af=R
2. PNAS: 無損內外成像技術助力可充鋰離子電池的快速診斷
與現代高能量密度可充電電池有關的安全風險問題使得對先進電池篩選技術的需求日益迫切。由于電化學材料的固有磁性，一個普通的可充電電池在均勻磁場下會產生一個特征場擾動。這種微擾模式取決于器件的設計、充電狀態、累積的機械缺陷和制造缺陷等諸多因素。紐約大學Konstantin Romanenkoa和Alexej Jerschowa等發現磁共振成像對感應磁場的定量分析可以為無創電池的診斷提供依據。
磁共振成像畸變和快速信號衰減是大多數商業電池中所存在的強磁性成分所面臨的主要挑戰。他們發現這種現象可以通過使用T1增強的單點傾斜成像（SPRITE）來避免。由強背景梯度和渦流引起的圖像偽影對該方法成像不會造成影響。這種具有良好的圖像質量的SPRITE模式對商業鋰離子電池中的缺陷和電荷分布狀態非常敏感。
Konstantin Romanenkoa and Alexej Jerschowa et al, Distortion-free inside-out imaging for rapid diagnostics of rechargeable Li-ion cells, PNAS, 2019
https://www.pnas.org/content/early/2019/08/29/1906976116.short?rss=1
3. PNAS：PEO中鹽與鈣鈦礦的鍵合助力高性能全固態電池
柔性低成本的PEO聚合物電解質憑借其與金屬鋰負極良好的界面相容性因而在全固態鋰離子電池領域備受矚目。然而，PEO的低離子電導率和嚴重的枝晶生長限制了其在高比能鋰金屬電池中的實際應用。德克薩斯大學奧斯汀分校J. B. Goodenough 等制備了一種在25℃和45℃下離子電導率分別為5.4×10-5S/cm和3.4×10-4S/cm的PEO/鈣鈦礦型Li3/8Sr7/16Ta3/4Zr1/4O3復合固態電解質。
在這種電解質中，TFSI-陰離子中的F-會與鈣鈦礦表面的Ta5+發生相互作用從而促進離子在PEO/鈣鈦礦界面上的傳輸。Li/復合電解質/Li對稱電池在高達0.6mA/cm2的電流密度下能夠表現出優異的循環穩定性。金屬鋰負極和固態電解質界面之間原位形成的固態電解質界面能夠抑制鋰枝晶的形成與生長。使用此種復合固態電解質的Li/LiFePO4電池和高壓Li/NCM811電池均同時具備高庫侖效率、小極化和良好的循環穩定性。
Henghui Xu, J. B. Goodenough et al, High-performance all-solid-state batteries enabled by salt bonding to perovskite in poly(ethylene oxide), PNAS, 2019
https://www.pnas.org/content/early/2019/08/28/1907507116.short?rss=1
4. Nat. Commun.：導電碳納米纖維穿透石墨烯結構用于超穩定鈉離子電池
長期的穩定性和大電流性能一直是鈉離子電池面臨的主要挑戰。具有機械堅固性、化學穩定性、良好導電性網絡的層狀電活性材料可以有效地解決這些問題。有鑒于此，格里菲斯大學Shanqing Zhang，江南大學Tianxi Liu和江蘇師范大學成Chao Lai等將碳納米纖維垂直穿透石墨烯薄片，構建出了碳納米纖維相互穿透的石墨烯材料。
然后原位生長二硫化鉬納米薄片，生成了二硫化鉬@碳納米纖維相互穿透的石墨烯結構。基于上述結構制備的鈉離子電池具有優異的電化學性能和超高的穩定性，比容量達到598 mAh g?1，長期循環穩定性可達1000次，即使在10 A g?1高電流密度下，也具有優異的大電流性能。
Mingkai Liu, Peng Zhang, Zehua Qu, Yan Yan, Chao Lai, Tianxi Liu & Shanqing Zhang. Conductive carbon nanofiber interpenetrated graphene architecture for ultra-stable sodium ion battery. Nat. Commun.,2019
DOI：10.1038/s41467-019-11925-z
https://www.nature.com/articles/s41467-019-11925-z
5. Nat. Commun.：錳基層狀結構中層狀結構和尖晶石結構之間的可逆相變
層狀結構向尖晶石結構的不可逆相變對于大多數層狀結構陰極材料而言都是有害的。有鑒于此，韓國東國大學Yong-Mook Kang和成均館大學的Won-Sub Yoon等報道了以NaxMnO2·yH2O為基本結構單元，不可逆的相變可以變成可逆相變。
研究發現，這種層狀結構含有結晶水，有助于形成亞穩態尖晶石相和可逆的轉化為層狀結構。作者結合實驗和理論計算闡明了可逆相變的機理，在電化學反應過程中，層狀相和尖晶石狀相之間的結晶水含量調節了相變的可逆性，從而激活了新的陽離子位點，增強了離子擴散動力學，提高了其結構穩定性。
Mi Ru Jo, Yunok Kim, Junghoon Yang, Mihee Jeong, Kyeongse Song, Yong-Il Kim, Jin-Myoung Lim, Maenghyo Cho, Jae-Hyun Shim, Young-Min Kim, Won-Sub Yoon & Yong-Mook Kang. Triggered reversible phase transformation between layered and spinel structure in manganese-based layered compounds. Nat. Commun.,2019
DOI：10.1038/s41467-019-11195-9
https://www.nature.com/articles/s41467-019-11195-9
6. 李玉良Angew：大面積，胺化石墨炔薄膜用于直接甲醇燃料電池
具有均勻人造納米孔的二維（2D）碳納米膜是最終抑制質子交換膜燃料電池中的燃料滲透的理想材料。石墨炔具有很高的機械強度，高尺寸穩定性和可控的納米孔，并且具有發揮這一關鍵作用的光明前景。李玉良院士團隊發現了具有氨基和天然納米孔的石墨炔納米膜可以容易地制備并具有高完整性。
由于其之間的酸堿相互作用，胺化的石墨炔與Nafion基質具有良好的相容性。石墨炔在選擇性，尺寸穩定性和完整性方面的優異綜合性能有效地改善了燃料電池在寬溫下的動力性能和穩定性。該研究結果可以發展成為一種通用的方法，可以很容易地實現離子和小分子的選擇性分離，為綠色能源的新興應用開辟了一條新途徑。
Large‐Area Aminated‐Graphdiyne Thin Film for Direct Methanol Fuel Cells, Angew, 2019
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201910588
7. AM: 陽離子排布調控的氧原子氧化還原助力高性能福利錳基正極材料
富鋰錳基正極材料由于具有超過400Wh/kg的能量密度因而有助于構建新一代高比能鋰離子電池。然而，由于缺乏對于富鋰錳基正極材料中氧原子參與的氧化還原化學的深入了解，該材料的電壓衰減成為一個難以解決的問題。南開大學陳軍團隊發現通過調控材料中的陽離子排布可以對氧參與的氧化還原過程進行控制。
他們發現具有Li/Ni無序和Li空位的材料能夠抑制O-O二聚體的形成。O-O二聚體具有很高的反應活性能夠加速晶格氧的析出和NiO/尖晶石相的形成。無二聚體O-O生成的材料在抑制氧的過氧化和過渡金屬離子溶解等方面都表現出優異的性能。因此，優化后的富鋰錳基正極材料在0.1C的電流密度下能夠釋放出280mAh/g的容量，在1C下循環150周后的平均放電電壓高達3.58V且電壓衰降只有1.6%。該項研究為設計具有穩定電化學性質的富鋰錳基正極材料提供了新的思路。
Jicheng Zhang, Jun Chen et al, Tuning Oxygen Redox Chemistry in Li‐Rich Mn‐Based Layered Oxide Cathodes by Modulating Cation Arrangement, Advanced Materials, 2019
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201901808?af=R
8. JACS: 有序大孔微孔MOF單晶及其衍生物用于鋁離子電池
構建有序的分級多孔結構同時保持其整體晶體結構是一項艱巨的挑戰。華南理工大學Lei Zhang團隊通過基于飽和溶液的雙溶劑輔助策略成功實現了在3D有序大孔模板中生長MOF單晶，并精確控制了成核過程。所制備的單晶有序大孔微孔Co基MOF（SOM ZIF-67）表現出有序的大-微孔結構，具有明顯的單晶性質。
此外，SOM ZIF-67可以通過簡便的碳化-硒化處理得到3D有序大孔硒化鈷@碳（3DOM CoSe2@C），并且可以很好地保留前體的3D有序大孔結構。其中，CoSe2納米粒子可以均勻地限域在導電有序大孔碳骨架中，提供規則互連的微孔通道和大的表面積。用作鋁離子電池正極材料時，有序的大孔結構不僅可以有效地促進大尺寸氯鋁酸鹽陰離子的擴散，而且還可以增加與電解質的接觸面積并提供更多暴露的活性位點，從而表現出優異的可逆性，倍率容量（在5.0 A g-1時為86 mAh g-1）和循環性能（2.0 A g-1下1000次循環后為125 mAh g-1）。
Hu Hong, Jinlong Liu, Huawen Huang, Christian Atangana Etogo, Xianfeng Yang, Buyuan Guan, Lei Zhang, Ordered Macro-Microporous Metal-Organic Framework Single Crystals and Their Derivatives for Rechargeable Aluminum-Ion Batteries, J. Am. Chem. Soc.2019
DOI: 10.1021/jacs.9b06957
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.9b06957
9. Joule: 原位界面助力高可逆LiNiO2正極鋰離子與鋰金屬電池
眾所周知，正極材料是決定電池能量密度和電池成本的關鍵因素。不含Co元素的LiNiO2正極材料由于具有高理論能量密度和相對低的生產成本因而被視為實現高比能電池的關鍵材料。然而，持續的Ni溶解、結構畸變、顆粒裂縫以及不穩定的正極固態電解質界面嚴重限制了其實際應用。
美國馬里蘭大學的王春生與Xiulin Fan 等通過使用高度氟化的電解液以及LiBOB添加劑在LiNiO2正極表面構建了富含F和B元素的CEI膜。在高達4.4V的充放電截止窗口下LiNiO2在深度循環400周后的容量保持率高達80%。此外，該電解液在鋰金屬負極和石墨負極表面也能夠形成富含F和B的SEI膜從而使得全電池也能夠穩定循環。該工作強調了構建合適界面化學結構對于高比能正極材料的重要作用。
Tao Deng, Xiulin Fan, Chunsheng Wang et al, Designing In-Situ-Formed Interphases Enables Highly Reversible Cobalt-Free LiNiO2 Cathode for Li-ion and Li-metal Batteries, Joule
DOI: 10.1016/j.joule.2019.08.004
https://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(19)30379-4?rss=yes#
10. AEM: 共軸交織雜化鋰金屬負極助力長壽命鋰金屬電池
金屬鋰由于具有最高的理論比容量和最低的氧化還原電勢因而被視為構建新一代高比能電池的不二之選。不幸的是，鋰金屬的實際應用受到枝晶生長造成的電池壽命短和安全隱患等問題的限制。清華大學張強團隊提出了一種共軸交織復合鋰金屬負極來抑制枝晶生長并提升鋰金屬電池的循環壽命。這種復合鋰負極是由金屬鋰結合的三維骨架構成的，其中三維骨架又由導電碳納米管框架和修飾在表面的共軸親鋰層構成。
這種共軸交織結構為調控均勻鋰沉積提供了較高的親鋰性，為離子電子傳輸提供了足夠的通道，也使得鋰沉積剝離的穩定性大大提升。因此，這種復合鋰金屬負極能夠在半電池中保持長達750周的高庫侖效率，在LiFePO4/Li全電池中循環100周后容量保持率也超過了80%。這種同軸交織混合鋰金屬負極展示了從親鋰改性到支架結構的多尺度設計策略。
Xiaoru Chen, Qiang Zhang et al, A Coaxial‐Interweaved Hybrid Lithium Metal Anode for Long‐Lifespan Lithium Metal Batteries, Advanced Energy Materials, 2019
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aenm.201901932?af=R
