1. Angew綜述：硼在能源相關研究和應用中的作用
硼在元素周期表中的獨特位置，即金屬和非金屬分離線的頂點，使其在化學反應和應用中具有很高的通用性。硼在當代對可再生和清潔能源以及高能效產品的需求中，在與能源相關的研究中均發揮著關鍵作用，從活化和合成高能的小分子到化學和電能存儲，再到將電能轉化為光能，這些應用從根本上與硼的獨特特征相關，例如硼的缺電子和未占據p軌道的可用性，使其可以形成化學性質和物理性質具有極大可調性的多種化合物。例如，硼具有獲得四個共價鍵和負電荷的能力，致使合成了多種具有高化學和電化學穩定性的硼酸根陰離子，特別是有用的弱配位陰離子家族。
澳大利亞悉尼科技大學Zhenguo Huang、加拿大皇后大學Suning Wang和德國維爾茨堡朱利葉斯·馬克西米利安大學Maik Finze和Holger Braunschweig等人總結了在硼化學的合成和理解方面取得的重大突破，以及硼化合物用于能源相關研究應用的最新研究進展。
Zhenguo Huang, Suning Wang, Rian D. Dewhurst, Nikolai V. Ignat’ev, Maik Finze, Holger Braunschweig, Boron: Its role in energy related research and applications, Angewandte Chemie International Edition, 2019.
DOI: 10.1002/anie.201911108
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201911108
2. CSR: 原位光譜表征鋰硫電池的最佳設計
鋰硫（Li–S）電池是最有前途的高能量密度二次電池系統之一。然而，由于極其復雜的“固-液-固”反應路線產生了諸多問題。近年來，通過合理的成分和結構設計，在優化Li-S電池方面取得了巨大的進步。然而，仍然缺乏對Li–S系統的實際反應機理及其對電化學性能影響的全面且深入的了解。最近，已經開發出了幾種重要的原位光譜技術，包括拉曼光譜，紅外光譜和紫外可見光譜，以監測電池狀態的實時變化，并建立了連接宏觀電化學性能和部件微觀結構的橋梁，在科學指導Li-S電池進一步優化設計中起著至關重要的作用。
蘇州大學田景華和晏成林團隊將借助這些原位光譜技術對Li-S電池的表征和最佳設計方面的最新結果進行系統總結，以指導研究者進行原位構建光譜電化學電池，并開發出防止長鏈多硫化物形成，溶解和遷移的策略，以減輕Li-S電池的穿梭效應并改善電池性能。
Li Zhang, Tao Qian, Xingyu Zhu, Zhongli Hu, Mengfan Wang, Liya Zhang, Tao Jiang, Jing-Hua Tian, Chenglin Yan, In situ optical spectroscopy characterization for optimal design of lithium–sulfur batteries, Chem. Soc. Rev., 2019.
DOI: 10.1039/C9CS00381A
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/cs/c9cs00381a#!divAbstract
3. ACS Energy Letters：鋰離子電池及其他：慶祝2019年諾貝爾化學獎–一個虛擬問題
2019年諾貝爾化學獎的頒發引起了在儲能領域的科學家的極大的興趣。該獎項由John B. Goodenough，M. Stanley Whittingham和Akira Yoshino共同獲得，以表彰他們在開發對鋰離子電池生產必不可少的嵌入材料方面的開拓性工作。當前，鋰離子電池已成為許多電子產品的核心。在過去的幾十年中，技術上的進步基本上使任何消費者無論在何處都能以安全的方式進行可控的電化學反應（鋰離子電池的充放電）。近年來，研究焦點一直在開發新的電極材料，穩定的電解質和隔板，以提高這些電池的壽命和蓄電量，以及開發固態蓄電池的動力，以進一步提高電池能量密度的上限并減少有毒成分材料的使用。對這些儲能研究主題的追求在即時和重要的實際應用中持續受到了年輕和資深研究人員的關注。
為了紀念2019年諾貝爾獎，Prashant V. Kamat整理了過去10年發表的John B. Goodenough和M. Stanley Whittingham的精選評論，觀點和研究文章。這個虛擬的問題代表了他們的文章中的一小部分（考慮到如此多產的作者是一個挑戰！）。
這些諾貝爾獎獲得者的觀點，評論和觀點可以概述鋰離子電池的發展，最新發展以及儲能方面的機遇與挑戰。新型正極和負極材料的開發一直是鋰離子電池研究的重要方面。這些研究不僅反映了新型電極材料的發展，而且探索了控制插層特性的因素以及組成和結構對蓄電池性能的影響。這三位研究者最近在鈉離子，反鋁和固態電池方面的貢獻提供了對新興能源存儲領域的引導。
Lithium-Ion Batteries and Beyond: Celebrating the 2019 Nobel Prize in Chemistry – A Virtual Issue. Prashant V. Kamat. ACS Energy Lett. 2019, 4, 2757-2759.
DOI: 10.1021/acsenergylett.9b02280
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.9b02280
4. Angew：水誘導高取向介孔石墨碳的制備用于鉀離子電池負極
鉀離子電池具有高能量密度、低成本以及鉀儲量豐富等優點，是一種非常具有潛力的儲能器件。然而，受鉀離子半徑大與傳統石墨碳負極材料有限層間距的限制，鉀離子電池的循環穩定性與倍率性能較差。近日，中國科學技術大學的錢逸泰院士團隊通過環氧樹脂在500℃的水熱處理和在1400℃的退火設計制備了一種石墨層垂直于軸的高取向介孔石墨納米晶(OGCS)。
研究發現，水不僅在石墨碳納米晶形成過程中起著重要的作用，而且有助于介孔結構的形成，而這些介孔結構有利于鉀離子的快速吸附和擴散，同時其也可以作為儲鉀位點，減小了鉀離子傳輸的能壘，用OGCS作為鉀離子電池的負極材料，具有優異的循環穩定性與倍率性能。該工作為設計制備高循環穩定性與倍率性能的鉀離子電池負極材料提供了一種新的思路。
Yong Qian, Song Jiang, Yang Li, Zheng Yi, Jie Zhou, Jie Tian, Ning Lin, Yitai Qian. Water-Induced Growth of High-Oriented Mesoporous Graphitic Carbon Nanospring for Fast K- ion Adsorption/Intercalation Storage. Angewandte Chemie International Edition, 2019.
DOI: 10.1002/anie.201912287
https://doi.org/10.1002/anie.201912287
5. AFM: 層狀無機-有機開放框架材料用作4V級鉀離子電池正極材料
鉀離子電池憑借其原料來源豐富、高工作電壓和快速地K+擴散動力學等優勢而成為了最具希望的規模儲能體系。然而，為了實現鉀離子電池的實際應用，電極材料需要具備高電壓、高容量、優異的循環穩定性以及低成本等各種優勢。在本文中，東京理工大學的Komaba等報道發現層狀開放框架材料K2[(VOHPO4)2(C2O4)]在與還原氧化石墨烯材料（rGO）復合后能夠用作4V級鉀離子電池正極材料。
該材料能夠在室溫下通過簡單的共沉淀方法來進行制備，并且在傳統碳酸酯電解液中能夠表現出可逆的鉀離子脫嵌行為但是比容量和庫倫效率較低。不過該材料在7 mol/kg的高濃KFSA/DME電解液中在0.1C下工作時放電比容量高于100 mAh/g且表現出良好的循環穩定性和較高的庫倫效率。由于K+在開放框架中遷移十分容易，因此該材料的倍率性能十分出色。在10C的高倍率條件下放電比容量仍然高達80 mAh/g。
Abdulrahman Shahul Hameed， Shinichi Komaba et al, A Layered Inorganic–Organic Open Framework Material as a 4 V Positive Electrode with High‐Rate Performance for K‐Ion Batteries, Advanced Functional Materials,2019
DOI：10.1002/aenm.201902528
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aenm.201902528?af=R
6. Angew: 富鎳NCA初級顆粒內的結構不均勻性-高倍率下放電容量衰減的根源
正極材料在電化學反應過程中，特別是在高倍率放電下的結構穩定性，與高能量和高功率密度的新型電極材料的設計和開發密切相關。
韓國科學技術學院（KIST）Wonyoung Chang課題組發現在不同截止電壓下的快速放電過程中，單個LiNi0.835Co0.15Al0.015O2（NCA83）顆粒內形成的結構不均勻性。盡管內部保留了尖晶石結構，但從高截止電壓（4.8 V）放電的某些NCA83顆粒表面上發現有部分恢復為層狀結構。在高截止電壓下高倍率放電期間，這些微米級和納米級的不均勻性和結構反轉與初始充電狀態下的結構演變高度相關，并可能最終導致循環穩定性的降低。這項研究提高了對各種電化學過程中初級粒子內部結構不均勻性的理解，并可能促進新型富鎳正極材料的開發。
Hyesu Lee, Eunmi Jo, Kyung Yoon Chung, Dongjin Byun, Seung Min Kim, Wonyoung Chang, In‐depth TEM Investigation on Structural Inhomogeneity within a Primary LixNi0.835Co0.15Al0.015O2 Particle: Origin of Capacity Decay during High‐rate Discharge, Angewandte Chemie International Edition, 2019.
DOI: 10.1002/anie.201910670
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201910670
7. Nat. Commun.: 尖晶石型中錳溶解與動態相穩定的關系-鋰電
正極材料的穩定性主要歸因于兩個因素：整體結構穩定性和表面化學穩定性。在當前的商用LIB（鋰/過渡金屬（TM）氧化物或聚陰離子化合物）中，TM離子充當氧化還原中心，促進快速的電子交換并伴隨可逆的結構演化。長期以來一直認為容量衰減的唯一根源是過渡金屬TM的溶解，隨后對負極產生負面影響。然而，其對正極行為的影響仍然知之甚少，且 正極的TM損失很可能導致不可逆的結構轉變，這些是改善正極循環性能的重要因素，但目前仍未完全了解。
北京大學深研院潘峰與阿貢國家實驗室陸俊、Khalil Amine團隊報道了LiMn2O4正極的容量衰減與相/表面穩定性之間的相關性，揭示了結構轉變和TM溶解的組合主導了正極容量的衰減。LiMn2O4表現出不可逆的相變，這是由錳（III）歧化和Jahn-Teller變形驅動的，與顆粒裂紋一起導致嚴重的錳溶解。同時，快速的錳溶解反過來又引發了不可逆的結構演變，因此形成了有害的循環，不斷消耗活性正極成分。此外，具有鋰/錳無序和表面重構的富鋰LiMn2O4可以有效地抑制不可逆的相變和錳的溶解。
Tongchao Liu, Alvin Dai, Jun Lu, Yifei Yuan, Yinguo Xiao, Lei Yu, Matthew Li, Jihyeon Gim, Lu Ma, Jiajie Liu, Chun Zhan, Luxi Li, Jiaxin Zheng, Yang Ren, Tianpin Wu, Reza Shahbazian-Yassar, Jianguo Wen, Feng Pan & Khalil Amine, Correlation between manganese dissolution and dynamic phase stability in spinel-based lithium-ion battery, Nature Communications, 2019.
DOI: 10.1038/s41467-019-12626-3
8. Angew: 高熵化學穩定層狀O3型結構—鈉離子電池正極
高性能Na離子正極材料的創新以及對結構化學的相應理解仍難以捉摸。中科院物理所胡勇勝課題組報道了一種用于鈉離子正極的高熵化學的新概念。該課題組成功設計并制備了層狀O3型NaNi0.12Cu0.12Mg0.12Fe0.15Co0.15Mn0.1Ti0.1Sn0.1Sb0.04O2的實例，該材料用于鈉離子電池中顯示出更長的循環穩定性（500次循環后容量保持率約為83％）和出色的倍率能力（5.0 C下?80％的容量保持率）。
在充放電過程中，O3和P3結構之間呈現出高度可逆的相變行為，最重要的是，這種相變行為被有效地延遲了，表明超過60％的總容量存儲在O3型區域中。可能的機理可以歸因于這種高熵材料中的多組分過渡金屬，它可以適應Na +脫-嵌過程中局部相互作用的變化。
Chenglong Zhao, Feixiang Ding, Yaxiang Lu, Liquan Chen, Yong-Sheng Hu, High‐entropy chemistry stabilizing layered O3‐type structure in Na‐ion cathode, Angewandte Chemie International Edition, 2019.
DOI: 10.1002/anie.201912171
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201912171
9. AEM: 引入兩種氧化還原反應實現高性能可充電鋅離子電池
雖然普魯士藍類似物廣泛應用于水性金屬離子電池的陰極，但由于過渡金屬離子只有單一的電化學激活種類，其比容量限制在≈60 mAh g?1。近日，香港城市大學的支春義課題組提出一種將Co(II)/Co(III)和Fe(II)/Fe(III)引入六氰酸鈷中的兩種氧化還原反應，作為實現高容量和高電壓的鋅離子水電池的突破口。在看電流密度為0.3 A g?1下，Zn/CoFe(CN)6電池能夠提供1.75 V (vs金屬鋅)的高工作電壓和173.4 mAh g?1的高容量。即使在極快的充放電速率下（6 A g?1），電池的3D開放結構框架也能提供109.5 mAh g?1的足夠高的放電容量。
這是迄今為止使用普魯士藍類似物(PBAs)做陰極的電池中容量最高的。進一步，研究了水凝膠電解質的溶膠-凝膠過渡策略，以構建高性能柔性電纜型電池。通過該策略，活性材料可以充分與電解質接觸，從而提高了電化學性能(≈18.73%的容量增加)和固態器件的機械性能。該研究通過將多種氧化還原反應種類用于高電壓和高容量電池來優化電極。
Longtao Ma, Shengmei Chen, Changbai Long, Xinliang Li, Yuwei Zhao, Zhuoxin Liu, Zhaodong Huang, Binbin Dong, Juan Antonio Zapien, Chunyi Zhi. Achieving High‐Voltage and High‐Capacity Aqueous Rechargeable Zinc Ion Battery by Incorporating Two‐Species Redox Reaction. Advanced Energy Materials. 2019
DOI: 10.1002/aenm.201902446
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aenm.201902446
10. JACS: Li3PS4功能化的Zr-MOF助力高倍率Li-S電池
鋯金屬有機骨架（Zr-MOF）以其非凡的穩定性和多功能的化學可調性而聞名。幾種Zr-MOF表現出對缺失配體缺陷的耐受力，這些缺陷會產生“開放位點”，可用于結合節點簇上的客體分子。約翰霍普金斯大學V. Sara Thoi等人利用這些位置來穩定多孔框架內的硫代磷酸鋰（Li3PS4）的反應性，并針對性地應用于Li-S電池。
Zr-MOF與PS43-的功能化通過包括NMR，XPS和拉曼光譜學，X射線對分布函數分析和各種元素分析在內的一系列表征得到證實。在電化學循環過程中，研究者發現即使Zr-MOF中硫代磷酸鋰的摻入量較低，也可以改善硫的利用率和多硫化物封裝，從而在長時間循環中提供可持續的高容量。功能化的MOF添加劑還可以防止在惡劣的循環條件下損壞電池，并在恢復到較低的充電/放電速率時恢復高容量。
該獨特的方法將純無機Li3PS4的化學特性與MOF的穩定性和高表面積結合在一起，創建了一種Li-S正極體系結構，其性能超出了其組成部分的總和。更廣泛地講，這種新穎的功能化策略為“設計材料”的輕松合成開辟了新途徑，可以將來自不同學科的化學成分結合起來并針對特定應用進行定制。
Avery Baumann, Xu Han, Megan M. Butala, V. Sara Thoi, Lithium Thiophosphate Functionalized Zirconium MOFs for Li-S Batteries with Enhanced Rate Capabilities, J. Am. Chem. Soc.2019
DOI: 10.1021/jacs.9b09538
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.9b09538
11. Nat. Commun.: 植入NiS2納米晶的氮摻雜多孔CNT用于室溫鈉硫電池
多硫化物的溶解和轉化反應的緩慢電化學動力學導致硫正極利用率低，從而阻礙了室溫鈉硫電池的進一步發展。澳大利亞伍倫貢大學侴術雷和Hui Liu、Yunxiao Wang等人報道了一種多功能的硫宿主，NiS2納米晶體被植入到氮摻雜的多孔碳納米管中（NiS2@NPCTs）。作用：1）內部具有連續碳骨架的一維導電NPCT可以提供短的離子擴散路徑和快速的傳輸速率。2）每個多孔納米管中的大腔體可以用作封閉體，以保證硫的體積膨脹和有效的多硫化物容納。3）植入的NiS2納米晶體具有極性特征，可以牢固地與硫物種結合，并在空間上定位硫化物的沉積。4）最重要的是，N摻雜位點和NiS2極性表面能夠增強多硫化物的吸附能，從而具有對多硫化物氧化的強催化活性。
歸因于物理限制和化學鍵合的協同作用，基體的高電子電導率、封閉的多孔結構和多功能硫基質的極化添加劑可以有效地固定多硫化物。原位同步X射線衍射和DFT計算證明了堿基質和NiS2組分的電催化行為，其中多硫化物具有很強的吸附能力，并且可溶性多硫化物高度轉化為不溶性Na2S2 / Na2S。結果：經過合理的設計，可實現高的多硫化物固定化和轉化率。所獲得的硫正極在室溫Na / S電池中表現出優異的性能。
Zichao Yan, Jin Xiao, Weihong Lai, Li Wang, Florian Gebert, Yunxiao Wang, Qinfen Gu, Hui Liu, Shu-Lei Chou, Huakun Liu, Shi-Xue Dou, Nickel sulfide nanocrystals on nitrogen-doped porous carbon nanotubes with high-efficiency electrocatalysis for room-temperature sodium-sulfur batteries, Nature Communications, 2019.
DOI: 10.1038/s41467-019-11600-3
12. Angew: 強電解質與陰極吸附的協同作用轉化三碘化物-鋰氧電池
通過觀察I2拉曼峰相對于I2蒸氣的最大偏移，以及通過第一原理分子動力學模擬中拉長的I–I鍵長，可以識別出二甲基亞砜（DMSO）對I2的超強溶劑化作用。中科院上海硅酸鹽研究所Yi-Yang Sun和Tao Zhang課題組發現該效應和RuO2表面與I2牢固結合的共同作用，可將眾所周知的I-+ I2生成I3-的反應方向反轉為向左發生。
受這一發現的啟發，該團隊制造出具有Li / DMSO + LiI / RuO2結構的Li–O2電池，并發現DMSO和RuO2對I2的協同作用能夠錨定氧化還原介質（RM）的氧化產物I2分子，以此來抑制RM的穿梭效應。該電池在低于3.65 V的充電電壓下，經過100次循環，穩定性得到了顯著提高。
Xiao-Ping Zhang, Yan-Ni Li, Yi-Yang Sun, Tao Zhang, Inverting Triiodide Formation Reaction by Synergy between Strong Electrolyte Solvation and Cathode Adsorption, Angewandte Chemie International Edition, 2019.
DOI: 10.1002/anie.201910427
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201910427
13. JACS: 鋰金屬電鍍的成核與生長機理
了解鋰的成核和生長機理是提供長循環壽命和安全的鋰離子電池或鋰金屬電池的關鍵。然而，目前沒有發現有關鋰金屬沉積的定量報道。國立臺灣科技大學Wei-Nien Su和Bing-Joe Hwang團隊提出了一個用于定量了解與SEI形成相關的Li成核和生長機理的模型，稱為Li-SEI模型。
研究發現，各種超電勢下的電流瞬變會引發Li金屬在裸銅箔上的形核和生長，因此研究者以考慮了3D擴散控制的瞬時過程（j3D-DC）并同時減少由于SEI斷裂引起的電解質分解（jSEI）的Li-SEI模型 用于研究Li的成核和生長機理。實驗和理論瞬態的單獨貢獻指出，擴散系數（D）、成核速率（N0）和電解質分解速率常數（kSEI）的基本動力學值可以由Li-SEI模型確定。其中，JSEI隨著時間增加，這表明由于Li沉積時SEI斷裂，電解質分解產生的電流隨時間增加。
同時，kSEI隨著超電勢的增加而增加，表明在更高的超電勢或更高的增長率下，SEI斷裂更為嚴重。具有FEC添加劑的電解質中的kSEI較小，表明FEC添加劑可以顯著抑制鋰金屬沉積過程中的SEI斷裂。該模型的提出為定量了解Li在不同基質或不同電解質中的成核和生長機理以及電解質分解開辟了一條新途徑。
Balamurugan Thirumalraj, Tesfaye Teka Hagos, Chen-Jui Huang, Minbale Admas Teshager, Ju-Hsiang Cheng, Wei-Nien Su, Bing-Joe Hwang, Nucleation and Growth Mechanism of Lithium Metal Electroplating, J. Am. Chem. Soc.2019
DOI: 10.1021/jacs.9b10195
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.9b10195
14. Nat. Commun.：太陽能提高OER動力學助力鋅空氣電池
直接收集太陽能進行電池充電是實現低成本、綠色、高效和可持續的電化學儲能的最終解決方案。近日，天津大學的胡文彬教授和鐘澄教授課題組設計了一種陽光促進策略，使可充電鋅空氣電池在低于理論電池電壓的情況下充電電勢大大降低，該光促進鋅空氣電池使用BiVO4或α-Fe2O3空氣光電極，初始充電電位約1.20 ~ 1.43 V，相比傳統鋅空氣電池降低了約0.5 ~ 0.8 V的充電電勢。
研究發現，光電極的能帶結構和光電化學穩定性是決定陽光促進鋅空氣電池充電性能的關鍵因素。光電極作為空氣電極的引入，為開發能夠有效利用太陽能同時克服傳統鋅空氣電池高充電過電位的問題提供了一條重要的途徑。
Xiaorui Liu, Yifei Yuan, Jie Liu, Bin Liu, Xu Chen, Jia Ding, Xiaopeng Han, Yida Deng, Cheng Zhong, Wenbin Hu. Utilizing solar energy to improve the oxygen evolution reaction kinetics in zinc–air battery. Nature Communications, 2019.
DOI: 10.1038/s41467-019-12627-2
https://doi.org/10.1038/s41467-019-12627-2
15. Nano Energy：TiC負載非晶態MnOx作為高效雙功能電催化劑用于鋅空氣電池耐腐蝕氧電極
與鋰離子電池相比，鋅空氣電池（ZABs）具有更高的理論能量密度、更低的成本和更高的安全性，但由于缺乏高效、耐用的雙功能氧電催化劑，其進一步的開發和應用受到嚴重的制約，目前廣泛應用的碳基催化劑在電池充電過程中存在熱力學不穩定性。鑒于此，天津工業大學宋世棟教授和滑鐵盧大學Zhongwei Chen教授團隊合作設計制備了一種新型的TiC負載非晶質MnOx (A-MnOx/TiC)作為ZABs耐腐蝕氧電極的電催化劑。A-MnOx/TiC對氧還原反應(ORR)和氧進化反應(OER)表現出優異的電催化活性和穩定性，遠遠優于目前商業的ORR的Pt/C催化劑和OER的IrO2催化劑,以及Pt/C-IrO2或者A-MnOx/C雙功能催化劑。
A-MnOx/TiC優異的雙功能催化活性歸因于非晶型MnOx催化劑的高活性與TiC載體的高導電、穩定性的協同效應。更重要的是，與易于氧化的碳基A-MnOx/C催化劑相比，A-MnOx/TiC在強堿性電解質中表現出優異的電化學穩定性。利用該催化劑組裝的ZABs具有優異的充放電性能和循環穩定性，此外，A-MnOx/TiC可應用于固態ZABs，其在平板和彎曲狀態下均表現出良好的機械柔性和循環穩定性。具有極高活性和電化學穩定性的A-MnOx/TiC雙功能電催化劑為探索高效、高循環穩定性的鋅空氣電池耐腐蝕電催化劑提供了一種新的策略。
Shidong Song, Wanjun Li, Ya-Ping Deng, Yanli Ruan, Yining Zhang, Xuhui Qin, Zhongwei Chen. TiC supported amorphous MnOx as highly efficient bifunctional electrocatalyst for corrosion resistant oxygen electrode of Zn-air batteries. Nano Energy, 2019.
DOI: 10.1016/j.nanoen.2019.104208
https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2019.104208
16. ESM: 炭纖維串聯Co/N摻雜ZIF-67基炭顆粒催化劑用于高性能電催化--鋅空電池
ZIF-67由交替排列的鈷原子和富氮有機連接物組成，是生產Co和N共摻雜碳(C-ZIF-67)氧還原反應催化劑(ORR)的理想前前體，然而，空氣陰極中的C-ZIF-67顆粒催化劑由于存在顆粒間的阻力和顆粒間的分離問題，往往表現出有限的催化活性和穩定性。
鑒于此，新加坡科技研究局的Yun Zong，Zhaolin Liu和南洋理工大學的Hua Zhang課題組合作采用一種原位方法，在電紡聚丙烯腈(PAN)纖維上選擇性地生長ZIF-67，形成一種有趣的“弦串聯寶石”結構雜化材料，熱解處理后的雜化產物轉化為高導電，具有良好分級結構和優異的ORR催化活性以及穩定性的新型催化劑，利用其作為空氣陰極組裝的鋅空氣電池(ZnAB)在20 mA/cm2的高電流密度下具有1.24 V的穩定放電電壓，通過機械補充鋅陽極和電解液使電池完全放電后再生，該電池可以在放電電壓1.0 V以上，電流密度為10 mA/cm2的條件下連續工作38天，更重要的是，與一個自支撐的墊組合成柔性陰極用于薄的和可彎曲的ZnABs，在平面和彎曲狀態可以提供高放電電壓，表現出在可穿戴電子設備領域的巨大應用潛力。
Bing Li, Kosuke Igawa, Jianwei Chai, Ye Chen, Yong Wang, Derrick Wenhui Fam, Nguk Neng Tham, Tao An, Takumi Konno, Anqi Sng, Zhaolin Liu, Hua Zhang, Yun Zong. String of Pyrolyzed ZIF-67 Particles on Carbon Fibers for High-Performance Electrocatalysis. Energy Storage Materials, 2019.
DOI: 10.1016/j.ensm.2019.10.021
https://doi.org/10.1016/j.ensm.2019.10.021
17. Nat. Commun.: 兩厘米的多孔金屬氮化物單晶提供增強的贗電容
基于化學吸附的贗電容器包含氧化還原活性位點，該活性位主要由在電極表面晶格中具有不飽和配位的過渡金屬離子組成。電容通常由多孔微結構、電子傳導和多孔電極中的活性位點的協同作用決定。
中科院福建物構所謝奎課題組通過將扭曲表面上不飽和配位的長程有序排列的活性位點，金屬態的高電導率以及多孔微結構的大表面積相結合，以2 cm尺度的規模生長金屬多孔過渡金屬氮化物單晶，以增強贗電容。其中，活性金屬氮位點的遠距離排序說明化學吸附中的快速氧化還原反應，而高電導率和多孔微結構則促進了電荷在電極中的轉移和物質擴散。最后，多孔MoN、Ta5N6和TiN單晶在酸性和堿性電解質中，均展示出增強的重量和面積贗電容以及出色的循環穩定性。
Shaobo Xi, Guoming Lin, Lu Jin, Hao Li, Kui Xie, Metallic porous nitride single crystals at two-centimeter scale delivering enhanced pseudocapacitance, Nature Communications, 2019.
DOI: /10.1038/s41467-019-12818-x
18. Joule觀點文章：高壓鋰金屬電池中的氟化固態電解質界面（SEI）
二次電池極大地改變了我們的現代生活，同時對高能量密度的可充電電池提出了更高的要求。然而，鋰枝晶在重復循環過程中引起的壽命有限和安全性問題嚴重阻礙了鋰金屬電池的應用。鋰枝晶的形成和生長主要是由鋰金屬負極上不穩定的固體電解質界面（SEI膜）引起的。
因此，在鋰金屬負極上構建穩定的SEI有望促進鋰金屬電池的實際應用。氟化SEI是一種很有前途的固態電解質界面，它能夠通過調節鋰的沉積行為提高鋰電池的穩定性和安全性。在本文中，清華大學的張強從這個角度出發，簡要回顧了氟化SEI在高壓鋰金屬電池中的基本概念和關鍵進展。最后，作者提出了在實際鋰電池中進一步發展氟化SEI所面臨的的挑戰和可能的研究方向。
Tao Li, Qiang Zhang et al, Fluorinated Solid-Electrolyte Interphase in High-Voltage Lithium Metal Batteries, Joule,2019
Doi: 10.1016/j.joule.2019.09.022
https://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(19)30482-9?rss=yes
19. JACS: MOF作為固態電解質！
加州大學伯克利分校Omar M. Yaghi課題組通過將對位氨基官能化的多金屬氧酸鹽[N(C4H9)4]3[MnMo6O18{(OCH2)3CNH2}2]與4-甲酰基苯基甲烷四面體連接，通過亞胺縮合合成了新的三維金屬有機骨架（MOF）。研究者以單晶X射線衍射研究了這個稱為MOF-688的結構，發現其具有三重互穿的基于金剛石的dia拓撲結構。
其中，四丁基銨陽離子填充孔并平衡陰離子框架的電荷，它們可以與鋰離子交換，以提供高的離子電導率（在20°C下為3.4×10-4 S cm-1），高鋰離子遷移數（t Li+ = 0.87）和對金屬鋰的低界面電阻（353 Ω），使其非常適合用作固態電解質。使用MOF-688作為固體電解質構造的鋰金屬電池可以在室溫下以約0.2 C的實際電流密度進行循環。
Wentao Xu, Xiaokun Pei, Christian S. Diercks, Hao Lyu, Zhe Ji, Omar M. Yaghi, A Metal-Organic Framework of Organic Vertices and Polyoxometalate Linkers as a Solid-State Electrolyte, J. Am. Chem. Soc.2019
DOI: 10.1021/jacs.9b10418
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.9b10418
20. JACS: 發現新家庭-硫銀鍺礦 硫代銻酸鹽-鋰超離子導體
滑鐵盧大學Linda F. Nazar課題組報道了一個新系列材料--硫銀鍺礦硫代銻酸鹽鋰超離子導體，通式 固溶體Li6+xMxSb1-xS5I（M = Si，Ge，Sn），其具有超離子導電性，這是迄今為止的第一批硫銀鍺礦硫代銻酸鹽。研究者使用單晶X射線和同步中子粉末衍射技術結合阻抗譜對該系列材料進行探索，發現最佳取代度（x）和取代基會引起輕微的S2-/I-陰離子位點紊亂，更重要的是會導致Li+陽離子位點紊亂。
另外，離域的鋰離子密度位于新的高能晶格位置，這些位置為Li+擴散提供間隙位置（局部最小值）并激活協同的離子遷移，從而導致0.25 eV的低活化能。冷壓后室溫離子電導率為14.8 mS?cm-1；燒結后離子電導率高達24 mS?cm-1，是迄今為止報道的最高值，可使全固態電池具有良好的性能。此外，即使在-78°C，電解質合適的體積離子電導率也得以保持（0.25 mS?cm-1）。選定的硫代銻酸碘化物顯示出與Li金屬的良好相容性，在電流密度高達0.6 mA cm-2的條件下，可進行1000多次Li剝離/電鍍。隨著陽離子位點紊亂的增加，離子傳導顯著增強，活化能壘降低，這揭示了開發超離子導體的重要策略。
Laidong Zhou, Abdeljalil Assoud, Qiang Zhang, Xiaohan Wu, Linda F. Nazar, A New Family of Argyrodite Thioantimonate Lithium Superionic Conductors, J. Am. Chem. Soc.2019
DOI: 10.1021/jacs.9b08357
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.9b08357
21. AFM: 高能量密度，高功率密度，高安全性的纖維狀Ni//Bi電池的制備
纖維形電池已在可穿戴電子，信息技術，物聯網和公共衛生等許多重要領域中得到了廣泛的研究。但是，當前的研究難點為高能量密度，高功率密度和高的安全性，這些都很大程度上限制它們更廣泛的應用。近日，復旦大學彭慧勝課題組研發了通過分層的3D電極制備出一種新型的有優良電化學性能的纖維狀Ni//Bi電池。在這一電池材料中，還原氧化石墨烯與Bi進行復合作為負極，還原氧化石墨烯與Ni進行復合作為正極。
這一纖維狀Ni//Bi電池表現了高的能量密度（43.35 Wh kg?1或26.01 mWh cm?3），以及高的功率密度（6600 W kg?1或3.96 W cm?3，10000次循環后仍保持96%的初始容量）。利用水性電解質時，此電池也表現出較高的安全性，并也可以應用到下一代柔性紡織品型電源系統中。這一研究為通過設計分層結構電極來研發高性能電池提供了有效的方法。
Mengying Wang, Songlin Xie, Chengqiang Tang, Yang Zhao, Meng Liao, Lei Ye, Bingjie Wang*, Huisheng Peng*. Making Fiber‐Shaped Ni//Bi Battery Simultaneously with High Energy Density, Power Density, and Safety. Adv. Funct. Mater. 2019, 1905971.
DOI: 10.1002/adfm.201905971
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.201905971
22. AM: 高能效無膜無流Zn-Br電池: 利用多溴化合物的電化學-化學生長
含水的Zn-Br電池(ZBBs)為儲能系統提供了下一代有前途的高密度儲能，并具有獨特的成本效益，特別是在無膜和無流(MLFL)形式下。然而，它們通常會遭受腐蝕性溴成分擴散的影響，從而導致嚴重的自放電和容量衰減。近日，韓國科學技術院的Sang Ouk Kim和 Hee‐Tak Kim研究團隊提出了一種利用石墨氈表面修飾的質子化吡啶氮摻雜微孔碳(NGF)將溴離子轉化為多溴陰離子的MLFL-ZBB結構，從根本上解決了溴離子交叉的問題。NGF電極能有效地在微孔內的質子化氮摻雜位點捕獲溴離子和多溴離子，并通過電化學-化學生長機制促進溴離子向多溴離子的有效轉化。具有NGF的MLFL‐ZBBs在1000次充放電循環中表現出非凡的穩定性，能源效率超過80%，這是在無膜Zn-Br電池中最高的記錄。該方法對原子設計的納米結構電極進行合理的工程設計，為低成本、高電壓、長壽命周期的水基混合Zn-Br電池提供了一個新的設計平臺。
Ju‐Hyuk Lee, Yearin Byun, Gyoung Hwa Jeong, Chanyong Choi, Jiyun Kwen, Riyul Kim, In Ho Kim, Sang Ouk Kim, Hee‐Tak Kim. High‐Energy Efficiency Membraneless Flowless Zn–Br Battery: Utilizing the Electrochemical–Chemical Growth of Polybromides. Advanced Materials. 2019
DOI: 10.1002/adma.201904524
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201904524
