1. ACS Nano：高熵和钾掺入制备高压六氰基铁酸钾正极稳定钠离子电池

用作钠离子电池（SIB）正极的普鲁士蓝类似物（PBA）由于其三维开放框架和高理论容量而受到关注。然而，PBA的工作电压低和结构稳定性差的缺点阻碍了其进一步应用。

在此，中国科学技术大学余彦、Li Chunyang等人通过高熵和钾掺入策略构建K_x(MnFeCoNiCu)[Fe(CN)₆]正极(HE-K-PBA)，以同时实现高工作电压和循环稳定性。通过同步辐射X射线吸收光谱(XAS)、非原位X射线光电子能谱(XPS)和原位拉曼光谱揭示了HE-K-PBA中金属阳离子的反应机理。

同时，通过有限元模拟研究了熵稳定机制，证明具有小 von Mises 应力和弱结构应变的 HE-K-PBA 可以显著减轻结构变形。得益于稳定的结构和均匀的 K（脱）嵌，HE-K-PBA 具有高输出电压 (3.46 V)、良好的可逆容量（120.5 mAh g^–1 at 0.01 A g^–1）和 90.4 的容量保持率（1700 次循环）。

图1. 结构表征

总之，该工作通过SIB的高熵和钾掺入策略开发了一种先进的Kx(MnFeCoNiCu)[Fe(CN)6]正极(HE-K-PBA)，具有优异的结构稳定性和高输出电压。所得HE-K-PBA正极具有高可逆容量（120.5 mAh g^-1）和能量密度（400.4 Wh kg^-1），放电电压稳定在3.46 V左右。即使在1.0 A g^-1的高电流密度下，由于稳定的高熵框架，HE-K-PBA正极仍然可以体现出良好的循环稳定性，在1700次循环后容量保持率高达90.4%。

此外，循环后 XRD、XPS 和 TOF-SIMS 证实了 HE-K-PBA 晶格中无需用 Na 取代 K 的永久 K（脱）插机制，这有力地证明了增强工作电压的长期有效性。通过有限元模拟揭示了HE-K-PBA结构的熵稳定机制，证明HE-K-PBA中的低应变和应力集中可以有效抑制结构变形和损坏。因此，高熵和钾掺入策略可以为构建具有显着循环稳定性和高能量密度的SIB先进正极材料提供线索。

图2. 电化学性能

High-Voltage Potassium Hexacyanoferrate Cathode via High-Entropy and Potassium Incorporation for Stable Sodium-Ion Batteries, ACS Nano 2023 DOI: 10.1021/acsnano.3c02323

2. Advanced Materials：三维 π−d 共轭配位聚合物实现超长寿命镁离子存储

迄今为止，人们对于储能的 π−d 共轭配位聚合物（CCP）的研究越来越感兴趣，因为它们通过配体和金属中心之间的长程平面 π−d 共轭进行快速电荷转移。然而，目前报道的用于储能的CCP大多基于一维（1D）或二维（2D）结构。由于构建非平面配位几何结构面临巨大挑战，报道的三维（3D）CCP 还很少。

在此，苏州大学李彦光、纪玉金以及南京师范大学Ye Hualin等人成功合成了由六羟基苯并菲（HHTP）配体的多齿螯合基团组装而成的基于苯并菲儿茶酚酸酯的3D CCP（Mn-HHTP）及其与Mn²⁺离子的各向同性配位。Mn-HHTP 的 3D 共轭结构可在 0.5 A g⁻¹ 下实现超过 4,000 次循环的优异循环寿命，用于多价 Mg²⁺ 离子存储，这远远优于大多数有机和无机电极材料。 

实验与理论计算相结合表明，HHTP 配体上的半醌自由基是 Mg²⁺ 离子存储的电活性中心。Mn-HHTP 的优异性能为长寿命可充电镁离子电池的 3D CCP 设计开辟了新途径。

图1. 电池性能

总之，该工作报道了由 HHTP 配体的多齿螯合基团组装而成的新型 3D 三亚苯基儿茶酚酯基 CCP 的制备及其通过 π−d 共轭与 Mn²⁺ 的各向同性配位。结果表明，产物 Mn-HHTP 具有 3D 共轭结构，每个 Mn-HHTP 单元有两个半醌基团，它们可以接受两个电子，并容纳一个与两个儿茶酚氧原子配位的 Mg²⁺ 。

电池测试结果显示，Mn-HHTP在100mA g^-1时的比容量约为136mAh g^-1;在1Ag^-1时可保持约50mAhg^-1的高倍率性能。最令人印象深刻的是，在 0.5 A g⁻¹ 下循环 4,500 次后容量保持率为 84%。该循环性能优于传统的无机和有机电极材料，同时反映了Mn-HTP的三维共扼结构的高稳定性。因此，该工作揭示了Mn-HTP在离子存储方面的巨大潜力。

图2. Mn-HHTP 的 Mg²⁺ 离子存储机制

Three-Dimensional π−d Conjugated Coordination Polymer Enabling Ultra-Long Life Magnesium-Ion Storage, Advanced Materials 2023 DOI: 10.1002/adma.202307736

3. Advanced Materials：超高模量的凝胶电解质改变锂枝晶的生长模式，用于界面稳定的锂金属电池

凝胶聚合物电解质（GPE）因其在锂金属电池（LMB）中适度的综合性能而引起了广泛关注。然而，具有 MPa 级低弹性模量的 GPE 无法机械调节锂沉积，难以抑制锂枝晶生长。

在此，清华大学王海辉、华南理工大学王素清等人通过将多孔Li₇La₃Zr₂O₁₂（LLZO）骨架用作固体填料（PLF），以解决GPE的固有缺陷。通过引入PLF，复合GPE表现出GPa量级的超高弹性模量，在机械水平上对抗Li枝晶，并在Li||Li电池中实现高电流密度下的稳定极化。

得益于与负极兼容的界面，LFP|PLF@GPE|Li 电池在室温下具有出色的倍率性能和循环性能。理论模型表明，具有独特3D结构的PLF可以提供足够的机械支撑，在纳米尺度上有效增强GPE的凝胶相。

图1. 结构表征

总之，该工作通过将 PLF 合并到基于 PEGDA 的凝胶电解质中，新型复合 GPE 可以实现界面稳定的 LMB。具体而言，PLF赋予复合GPE连续的渗滤网络和坚固的3D支架。该复合GPE在室温下具有1.80 mS cm^-1的高离子电导率、2.42 N的耐穿刺性和高达100 nm的优异弹性模量4.2GPa。

AFM测试和数值模拟共同揭示了具有互连且开放的微米尺寸通道的PLF可以从纳米尺度为凝胶相提供更多的机械支撑。PLF@GPE 结合了高离子电导率和机械刚性，在 Li||Li 电池中以 1 mA cm^-2 电流稳定循环超过 1000 小时。模拟结果表明，随着 GPE 弹性模量的增加，应力积聚倾向于从枝晶根部转移到 Li/GPE 界面。因此，该工作可对多物理场驱动的锂电镀机制有一个基本的了解，从而启发机械可靠的 GPE 的设计。

图2. 电池性能

An Ultra-High Modulus Gel Electrolytes Reforming the Growing Pattern of Li Dendrites for Interfacially Stable Lithium Metal Batteries, Advanced Materials 2023 DOI: 10.1002/adma.202309677

4. Advanced Materials：高硫负载和单离子选择膜用于高能耐用的解耦水系电池

解耦电池设计有望突破传统水系电池的能量密度限制。然而，复杂的电池结构和低选择性隔膜限制了它们的能量输出和使用寿命。

在此，新加坡南洋理工大学范红金、吉林大学杜菲等人通过设计高质量负载的硫电极和单离子选择膜，实现了锌硫解耦的水系电池。在磁场的帮助下构建的垂直组装的纳米片网络使得高负载硫电极中的电子和离子易于传导，有利于提高能量输出。

对于定制的离子选择性膜，锚定在其骨架上的钠离子有效地阻止OH⁻或Cu²⁺的交叉，促进钠离子的传输并确保结构和机械稳定性。因此，Zn-S水性电池实现了3988 Wh kgs⁻¹（按硫质量计）的可逆能量密度，在300次循环中稳定运行，能量密度为53.2 mWh cm⁻²。

图1. 高能解耦锌硫水系电池的设计

总之，该工作通过重新设计电池的两个重要部件，即硫正极和隔膜，实现了优异的长循环性能。高硫含量正极的磁场感应垂直排列，为厚电极（高达740 um）中的离子传输提供通道；此外，Na⁺配位聚合物膜通过抑制膜膨胀和路易斯酸碱相互作用而表现出高离子选择性。

因此，Zn-S 解耦电池的面能量密度为 53.2 mWh cm^-2，与使用普通隔膜的数十个循环相比，其寿命延长至 300 个循环。因此，该项工作中展示的组合电极和膜工程策略为高能量和耐用性解耦电池铺平了道路。

图2. 电池性能

High-Sulfur Loading and Single Ion-Selective Membranes for High-Energy and Durable Decoupled Aqueous Batteries, Advanced Materials 2023 DOI: 10.1002/adma.202307298

5. Advanced Functional Materials：聚合物塑料晶体电解质中诱导非晶相以实现锂金属电池中的有效离子传输

聚合物塑性晶体电解质（PPCEs）因解决与丁二腈（SN）相关的挑战，包括其不充分的机械性能和与电极的副反应，而引起了人们的极大关注。然而，关于聚合物网络的分子结构对网络内SN状态的影响及其对离子电导率的后续影响的全面研究尚未探索。

在此，高丽大学Yun Chan Kang&Ji-Hun Seo等人通过色散校正密度泛函理论（DFT-D）模拟，研究了SN和聚合物部分之间的结合能作为SN构象和结晶行为的决定因素。结果表明，结合能效应导致的混溶性变化显著影响了PPCEs中非晶相的形成。

因此，基于乙烯基碳酸亚乙酯（VEC）的PPCE在室温下表现出高离子电导率（在25°C下为2.6×10⁻³ S cm⁻¹），并具有完全无定形相，这可归因于其组分之间的最佳混溶性。此外，通过将PPCE与LiFePO₄（LFP）和LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂（NCM811）正极材料相结合实现了高性能固态锂金属电池（LMB）配置的可行性。

图1. VEC对PPCE的影响

总之，该研究提供了聚合物网络对PPCE中SN状态影响的见解。通过研究SN与聚合物部分之间的结合能，确定了混溶性在决定PPCEs中非晶相形成中的关键作用。在聚合物的各个部分中，VEC与SN的结合能最强，在室温下形成完全无定形的相，从而具有较高的离子电导率。这些发现强调了优化PPCE中组分的混溶性以实现无定形相的重要性，从而促进了有效的离子传输。

此外，通过将PPCE与有前途的正极材料（如LiFePO₄）相结合实现了高性能固态配置在LMB中的潜在应用。总体而言，该研究有助于更好地理解影响PPCE中SN状态的因素，进而推动具有改进离子电导率的PPCE的设计和开发。

图2. 电池性能

Inducing an Amorphous Phase in Polymer Plastic Crystal Electrolyte for Effective Ion Transportation in Lithium Metal Batteries, Advanced Functional Materials 2023 DOI: 10.1002/adfm.202310957

6. Advanced Energy Materials：磷掺杂策略实现“混凝土板”状锌层，用于高度稳定的3D复合负极

水系锌电是新一代储能设备有前途的候选者。然而，锌枝晶的生长是其商业化发展的主要障碍。

在此，郑州大学上媛媛&北京大学曹安源等人提出了一种磷掺杂策略来制备高锌亲和力的C₃N₄耦合碳纳米管3D框架(PCN-S)。P的添加促进了Zn的有效结晶，从而在PCN-S表面形成了“混凝土板”状的锌层。此外，P掺杂3D框架具有独特的“释放效应”，有助于电池在大电流下更稳定的循环。

图1. 充放电锌储存机理分析

总之，该工作采用磷掺杂策略来激活C₃N₄封装的碳纳米管海绵骨架，其具有两个显著的优点。首先，受磷活化效应的影响，Zn与3D骨架的复合材料从纯Zn(101)转变为Zn(101)和Zn(002)的混合复合层。其次，P掺杂的3D框架在循环过程中具有独特的“释放效应”。随着循环电流的增加，3D框架的存在有效地减轻了锌层的离子传输压力，从而增强了Zn@PCN-S电极对高电流的耐受性。

结果显示，Zn@PCN-S//Zn@PCN-S 在1~50 mA cm^-2的各种电流密度下具有优异的循环性能。此外，具有Zn@PCN-S负极的水系锌全电池表现出出色的循环性能和稳定的库仑效率。因此，Zn@PCN-S复合电极的制备可以为解决锌负极的关键问题提供理想的解决方案，并为金属锌电池的商业应用提供重要的见解。

图2. 电池性能

Phosphorous-Doping Strategy Enabled “Concrete-Slab”-Like Zn Layer for Highly Stable 3D Composite Anode, Advanced Energy Materials 2023 DOI: 10.1002/aenm.202302395

7. Energy Storage Materials：双功能圆形有机小分子实现长循环无枝晶锌金属电池

水系锌(Zn)金属电池因其高安全性和低成本而受到广泛关注，但循环过程中的枝晶生长、析氢反应和腐蚀反应等问题阻碍了其应用。

在此，中南大学周亮君团队将有机小分子1.4.7.10-四氮杂环十二烷(cyclen)引入硫酸锌电解液中作为有效添加剂。由于丰富的N和环状结构，cyclen不仅比H₂O分子具有更强的配位，引导Zn²⁺的溶剂化结构改变，而且优先吸附在Zn(002)面上，诱导Zn²⁺均匀沉积。

因此，Zn||Zn对称电池在1 mA cm^-2和1 mAh cm^-2下实现了超过2400小时的长期循环。此外，Zn||V₂O₅全电池的性能通过cyclen的添加得到改善，在3 A g^-1下循环2000次后容量保持率为90.9%。

图1. 对电池性能

总之，Cyclen可以作为ZMB电解质中的双功能添加剂。它可以改变Zn²⁺的溶剂化结构，同时吸附到Zn(002)面上，诱导Zn²⁺的均匀沉积。由于其电负性多氮基结构，它可以选择性地吸引并诱导Zn²⁺通过中心环沉积。此外，位于外围的环烷基部分赋予一定程度的疏水性，有效抑制HER。

结果显示，具有循环添加剂的Zn||Zn对称电池在1 mA cm^-2和1 mAh cm^-2下表现出超过2400小时的稳定循环。此外，该添加剂改善了Zn||V₂O₅全电池的性能，在3 A g^-1下循环2000次后容量保持率为90.9%。因此，该项工作将为先进ZMBs的发展提出一个可能的策略。

图3. 全电池性能

A Dual-Functional Circular Organic Small Molecule for Dendrite-Free Zinc Metal Batteries with Long-Term Cycling, Energy Storage Materials 2023 DOI: 10.1016/j.ensm.2023.103044

8. Energy Storage Materials：合理设计分级溶剂化电解质，实现高镍正极的高稳定性锂金属电池

在具有高镍正极的高能量密度电池的实际应用中，电解质需要能够防止枝晶生长、实现高倍率性能。然而，传统电解质很难满足这些要求，并且缺乏通用的电解质设计规则。

在此，北京大学周恒辉、北京化工大学刘文以及清华大学周明月等人引入了基于拉曼位移和溶剂介电常数的混合强弱溶剂化溶剂（HSWSS）规则，以合理设计具有宽电化学窗口（> 4.45 V）、良好的离子电导率（4.28 mS cm⁻¹）以及枝晶抑制能力的多组分分层溶剂化电解质（HSE）。

通过将强溶剂化共溶剂和适当的锂盐引入弱溶剂化溶剂中，HSE 使 Li||LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂ 电池（1.8 mAh cm⁻²，超薄锂金属过量 3 倍）1C倍率下表现出高容量且150 个循环后容量保持率为 74.3%，库仑效率高达 99.60%。HSE 还可以使用市售溶剂和盐简单制备，使其对于大规模锂金属电池制造来说实用且具有成本效益。

图1. 对电池性能

总之，该工作提出了一种基于相对拉曼位移和溶剂介电常数的混合强弱溶剂化溶剂（HSWSS）设计规则，以解决弱溶剂化溶剂的固有缺陷。通过引入适量的高单性氟代碳酸乙烯酯（FEC），以及二甲氧基二甲基硅烷（DMSi）等弱溶剂化溶剂和其他功能组分的合理组合，设计的分层溶剂化SiFT电解质表现出超过之前报道的弱溶剂化电解质（WSE）的性能，电压为 4.45 V，离子电导率增强（4.28 mS cm⁻¹）。这些优点使 SiFT 电解质能够支持具有高镍层状氧化物正极的锂金属电池 (LMB)。

此外，拉曼光谱、NMR 和 MD 模拟揭示了 SiFT 独特的分级溶剂化结构，其中阴离子和 FEC 分子都参与了 Li 离子的溶剂化结构。溶剂化结构中的FEC允许锂离子传输，确保高离子电导率。因此，考虑到 HSWSS 设计规则对其他弱溶剂化溶剂的适用性，该工作建立的原理可以作为开发用于高能量密度 LMB 的先进电解质的指南。

图2. 全电池性能

Rational Design of Hierarchically-Solvating Electrolytes Enabling Highly Stable Lithium Metal Batteries with High-Nickel Cathodes, Energy Storage Materials 2023 DOI: 10.1016/j.ensm.2023.103043