温馨提示：本推文包含22篇文献，预计阅读时间约22min，大家挑感兴趣的关注。p.s.文末会附有过去三周周报链接。
1. Angew. Chem. Int. Ed.：用于全固态锂电池的多层陶瓷电解质
石榴石结构的固态电解质Li6.75La3Zr1.75Ta0.25O12（LLZTO）尽管具有对锂金属的良好化学稳定性和高离子电导率的优点，但由于其不良的界面电阻而导致的短路和锂金属的润湿性差以及电解质界面和内部锂金属的严重生长。为解决这些问题，开发了一种掺钛（Ti-LLZTO）/ LLZTO的双层陶瓷电解质，其电化学还原性Ti-LLZTO层与锂金属接触，而LLZTO层与正极接触。Ti-LLZTO和LLZTO的晶体结构相同，可实现无缝接触，并减少它们之间的Li+传输障碍。在相同的制备条件下，Ti-LLZTO的密度明显高于未掺杂钛的LLZTO的密度。此外，通过锂金属原位还原Ti-LLZTO，提高了界面润湿性并建立了混合的离子电子导电层。这两个特性不仅可以减少界面上的缺陷/孔洞，而且可以使界面离子/电子通量均匀化，从而有助于降低界面电阻并抑制锂枝晶生长。借助Ti‐LLZTO层，在3.0 mAh cm‐2的大面积容量下，可以实现长期稳定的锂电镀/剥离。https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.2020142652. Angew. Chem. Int. Ed.：缓解钠离子电池中固体电解质中间相溶解的策略由于钠离子电池（SIB）技术的成本效益和钠的高丰度，人们对其产生了越来越大的兴趣，寻求优化的钠离子电池系统变得越来越重要。众所周知，由于与锂离子电池相比，钠离子电池SEI组分的溶解度更高，因此在钠基体系的负极上形成稳定的固体电解质中间相（SEI）是一项挑战。到目前为止，我们对SEI在钠离子电池中的形成和溶解的了解是基于有限的实验数据。因此，本研究的目的是增强对SEI在钠离子电池中的行为的了解，并更多地了解电解质化学对SEI溶解的影响。通过进行包括延长开路电位在内的电化学测试，我们研究了SEI在不同时域的溶解。这样，可以确定在特定时间内由于SEI溶解导致的自放电程度。将β-氧化铝代替传统的隔膜，以避免工作电极和钠金属对电极之间的串扰。使用X射线光电子能谱（SOXPES）监控SEI的组成。电化学和XPS结果表明，在所研究的电解质体系中形成的SEI具有不同的稳定性。在测试的电解质系统中暂停50小时后，相对容量损失可能高达30％。在三种基于碳酸盐的溶剂系统中，碳酸亚乙酯：碳酸二乙酯中的NaPF6表现出最稳定的SEI。添加电解质添加剂可改善PC中的SEI稳定性。固态电解质中充满了典型的SEI物质NaF和Na2CO3，以阻止SEI的溶解。此外，后一种添加剂在不同溶剂系统中的溶解度通过电感耦合等离子体-发射光谱法确定。https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.2020138033. Angew. Chem. Int. Ed.：碳酸盐电解质中用于高级锂金属电池的富含无机固体电解质中间相在碳酸盐电解质中，在锂（Li）金属负极表面上形成的有机-无机固体电解质中间相（SEI）与锂牢固结合并经历与锂相同的体积变化，因此在电镀/剥离循环中会经历连续的开裂/重整。在这里，在锂金属表面设计了一种富含无机物的SEI，通过将4 M的LiNO3溶解在二甲基亚砜（DMSO）中作为碳酸氟乙烯（FEC）电解质的添加剂来降低其与锂金属的结合能。随着PF6-离子的减少，由于NO3-离子的聚集结构及其参与主要的锂离子溶剂化鞘，除了均匀的LiF分布外，所得的SEI中还形成了大量的Li2O，Li3N和LiNxOy晶粒。富含无机元素的SEI与锂的弱结合（高界面能）可以有效地促进锂沿着SEI / 锂界面扩散，并防止锂枝晶渗透到SEI中。结果，我们设计的碳酸盐电解质使锂负极能够实现99.55％（1 mA cm-2，1.0 mAh cm-2）的高锂镀层/剥离效率，并且电解质也使Li || LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2（NMC811）全电池（2.5 mAh cm-2）在200个循环后可保留其初始容量的75％，库伦效率值为99.83％。这里介绍的浓缩添加剂策略提供了一种实用的解决方案，可以进一步优化碳酸盐电解液，以用于锂离子电池以外的领域。https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.2020120054. Adv. Mater. ：V8C7–VO2双功能支架的3D打印，可作为锂硫电池的有效多硫化物固定剂和锂稳定剂迄今为止，锂硫（Li-S）电池由于成本低和能量密度高而引起了极大的兴趣。在这个领域中，多硫化物的严重穿梭效应和锂枝晶的不可控制的生长都极大地阻碍了它们的商业可行性。近年来，经历了同时控制多硫化物行为和抑制锂枝晶生长的合理方法的迅速发展。尽管如此，高性能Li-S电池的主要障碍仍然在于对双功能材料的了解不足以及对可定制设备的先进技术的探索不足。在此，提出了一种“二合一”策略，通过3D打印（3DP）技术精心制作V8C7–VO2异质结构支架，作为Li-S电池的双功能多硫化物固定剂和锂枝晶抑制剂。这样衍生的3DP-V8C7–VO2/ S电极具有出色的倍率能力（6.0 C下为643.5 mAh g-1）和良好的循环稳定性（900个循环后在4.0 C下每个循环的容量衰减为0.061％）。重要的是，利用两个3DP支架的集成式Li-S电池可在高硫负载下实现高面积容量（9.2 mg cm-2的硫负载下为7.36 mAh cm-2）。这项工作为解决整个锂硫电池中硫正极和锂负极同时面临的挑战提供了见解。https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.2020059675. Adv. Mater.：袋式全电池中具有表面Se取代的超稳定高压循环的LiCo [O2-δSeδ]正极将LiCoO2循环至4.5 V以上以实现更高的容量吸引了广泛关注；然而，高电压下的氧阴离子和钴阳离子氧化还原（HACR）促进了固有的Oα-（α<2）迁移，从而导致氧损失，相塌陷和电解质分解，从而严重降低了电池的可循环性。因此，商业化的LiCoO2颗粒经过硒处理，硒是一种众所周知的抗衰老元素，可捕获人体中的氧自由基，在高压电池循环中显示出“抗衰老”效果，并成功地阻止了氧气的逸出，即使正极循环至4.62 V时也可以从LiCoO2中吸收氧离子。理论计算和软X射线吸收光谱分析表明，在深层充电过程中，预涂层的硒最初将取代带电的LiCoO2表面的一些可移动的Oα-，从而从Oα-还原成O2-以稳定循环中的氧晶格。因此，在4.57 V配有石墨负极和超稀电解质的袋式全电池中，在100 mA g-1的电流密度下，经过450和550次循环后，该材料保留了80％和77％的容量。https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.2020051826. Nat. Commun.：固态电池多晶正极中的界面效应和局部锂离子迁移的见解
界面问题通常存在于固态电池中，并且微观结构的复杂性与化学异质性相结合来控制局部界面化学。传统观点认为，界面处的“点对点”离子扩散决定了离子传输动力学。在这里，我们表明固-固离子迁移动力学不仅受到物理界面接触的影响，而且还与多晶颗粒内部的局部环境密切相关。尽管最初存在离散的界面接触，但固态电池仍可能由于实现离子电子平衡的化学势能而显示出均匀的锂离子传输。然而，一旦二次粒子内的局部环境在循环中被破坏，它就会触发电荷从均质到异质的分布，并导致快速的容量衰减。我们的工作强调了多晶颗粒内部的局部环境对于固态电池中电化学反应的重要性，并为界面运输的潜在机理提供了重要的见解。https://www.nature.com/articles/s41467-020-19528-97. Joule：通过有针对性的修复有效地直接回收锂离子电池正极回收废旧锂离子电池（LIB）是解决其环境和全球可持续性问题的迫切需求。在这里，我们报告了一种基于缺陷针对性修复的有效且环境友好的锂离子电池再生方法，它代表了范式转移锂离子电池的回收策略。具体而言，通过结合低温水溶液再结晶和快速退火，我们证明了废旧的磷酸铁锂（LFP）正极的成功直接再生，这是电动汽车和电网存储应用中最重要的材料之一。我们展示了在不同的降解条件下，磷酸铁锂的组分、结构和电化学性能恢复到与原始磷酸铁锂相同的水平。对不同的锂离子电池回收过程进行生命周期分析表明，这种针对缺陷的直接方法可以显着减少能源使用量和温室气体（GHG）排放，与当今的湿法冶金和火法冶金相比，可以获得更多的经济和环境效益。https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2542435120304979?via%3Dihub8. Matter：低温电子显微镜观察锂电池阴极电解质界面相阴极电解液界面（CEI）在正极上形成的致密涂层被认为是关键部件。然而，CEI的许多方面仍然不清楚。这源于缺乏有效的工具来表征这些敏感界面在纳米尺度上的结构和化学性质。在这里，本文开发了一中模式来保存样品的自然状态，并使用低温电子显微镜直接显示正极上的界面。本文发现，在正常操作条件下，碳酸盐基电解液在单颗粒水平上不存在紧密的包覆层。然而，经过短暂的外部短路，通常在阳极上形成的固体电解质界面相可以在阴极上形成，并在原位电化学转化为稳定的共形CEI。共形CEI有助于提高电池的库仑效率和整体容量保持能力。相比于之前CEI在商业碳酸盐基电解质理解，这就产生了一个不同的的观点。https://doi.org/10.1016/j.matt.2020.10.0219. ACS Energy Lett.：Li–O2电池中Co3O4催化LiOH化学由于LiOH在有机电解液中的稳定性高于Li2O2，因此通过LiOH组装的的Li-O2电池引起了越来越多的关注。在放电过程中，有几种催化剂可以促进LiOH的生成。然而，LiOH在充电时很难再氧化释放氧。在这里，本文报告，在水存在下，Co3O4通过4e–/O2过程促进LiOH的形成，且副反应很少，形成大的LiOH薄片暴露的（001）晶面。氢过氧化物LiOOH被检测为潜在的放电中间体。在充电过程中，可以检测到氧气的释放以及高达3.9伏的LiOH分解；在更高的电压下，可以检测到副反应的产物。这项工作对LOBs中LiOH化学中固体催化剂的作用提供了新的见解，并将有助于促进可逆和持久的LiOH基LOBs的发展。https://doi.org/10.1021/acsenergylett.0c0194010. Adv. Mater.: 热电材料:由Soret效应诱导的n型苝二酰亚胺的高热电性能
低成本、无毒、丰富的有机热电材料目前正在作为利用废热发电的潜在替代品被研究。虽然有机导体的电导率与无机导体一样高，但由于塞贝克系数很小，它们的热电性能值(ZT)总体较低。此外，缺乏高效n型有机材料仍然是试图制造高效有机热电模块时的一个主要挑战。研究者们报道了一种基于高晶态还原态苝二酰亚胺的有机离子电子混合n型导体的新策略，既增加塞贝克系数，又实现迄今为止n型有机热电材料的最高热电效率。准冷冻离子载流子产生了大的离子塞贝克系数，为-3021μV K−1，而电子载流子在60%相对湿度下的电导率高达0.18 S cm−1。整体功率因数非常高(165μW m−1 K−2)，室温下ZT = 0.23。由此产生的单脚热电发电机显示高准恒功率输出，通过合理控制电子和离子载流子的迁移率，为高效有机热电材料的设计和开发奠定了基础
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202070335
11. ACS Energy Lett.：高效可充电金属镁电池用金属镁离子导电界面的定制镁（Mg）可充电电池是一种利用多价电荷载体的新型后锂电池。然而，由于在大多数有机电解液中金属镁表面形成了离子阻挡钝化层，使得金属镁的应用受到了挑战。在此，本文提出了一种通过简单的二氧化硫分子在金属镁上的化学吸附将钝化膜转化为Mg2+导电界面的新策略。简单的化学调节将氧化镁基钝化层转化为硫酸镁相，大大提高了多价Mg2+离子的电荷转移能力。即使在传统的醚基电解质中，金属镁的表面电阻降低也会导致有效的镁剥离/沉积反应。理论计算表明，离子的易传导是由于相界面中Mg2+的解离和迁移能相对较低。同时，结合各种实验分析和计算，阐明了镁电极的降解机理。https://doi.org/10.1021/acsenergylett.0c0210212. Adv. Funct. Mater.：一种高度柔韧性和重量轻的MnO2/石墨烯薄膜，适用于先进锌离子电池 为下一代柔性和可穿戴电子设备供电的电池需要优越的机械弯曲性和可折叠性。本文设计并制备了一种由超长MnO2纳米线和石墨烯纳米片构成的用于柔性可折叠锌离子电池（ZIB）的先进、轻量化阴极结构。新设计的电池不仅具有436 Wh kg−1的高能量密度（基于总阴极质量），而且具有良好的2000循环耐久性。更重要的是，形状可变形拉链在弯曲和折叠的情况下都可以在没有任何容量损失的情况下工作。高能量密度、长寿命的可折叠拉链在智能化、可穿戴电子产品领域有着广阔的前景。https://doi.org/10.1002/adfm.20200739713. Adv. Energ. Mater.：智能吸湿性水凝胶电解质实现锌离子电池的热自保护电池的热保护至关重要。在这里，本文展示了一种自适应策略，通过使用富含氯化锌的吸湿性水凝胶电解质来避免水溶液锌离子电池的热失控。在高温下，水凝胶中的水会迅速蒸发，以消散产生的热量。同时，过度的水分蒸发会导致水凝胶电解质的离子扩散突然下降，从而有效地限制离子的迁移并关闭电池。当温度降低时，水凝胶从空气中吸收水分，电池恢复其功能。水凝胶电解液中水的蒸发和再生具有高度可逆性，实现了锌离子电池智能高效的热自保护。通过对吸湿性水凝胶电解质的合理设计和工程化，人们相信可以淘汰其他响应更快的热自保护水性电池，为消费电子产品和电动汽车提供安全的电源。https://doi.org/10.1002/aenm.20200289814. ACS Energy Lett.：一种通用的含氟聚合物受体使所有聚合物太阳能电池的效率>15%虽然全聚合物太阳能电池（all-polymer solar cells，all-PSCs）已经取得了很大的进展，但是由于聚合物受主缺乏高消光系数、高电子迁移率和与聚合物供体相容性好等缺点，使得其效率受到限制。在这里，本文设计并开发了一种基于1,1-二氰基甲基-3-茚酮单元上具有氟取代基的非富勒烯受体骨架的聚合物受体PFA1。与供电子聚合物PTzBI-oF结合后，共混膜呈现出扩展和增强的吸收曲线、增强的电子迁移率和良好的膜形态。优化后的全PSC具有15.11%的高效率，这是迄今报道的全PSC的最高性能。特别重要的是PFA1作为一种通用聚合物受体与一系列聚合物供体的适用性，以获得令人惊讶的高效率。这些性质为聚合物受体的构建提供了一种新的分子设计策略，可应用于高性能全PSC。https://doi.org/10.1021/acsenergylett.0c0205315. Matter：高压对阴离子氧化还原型锂过渡金属氧化物结构和电化学性能的影响固体中丰富的阴离子氧化还原化学为储能提供了新的机遇和可能的范式转变。锂离子电池用富锂过渡金属氧化物阴极中的负离子氧化还原是造成其容量超出常规理论值的主要原因。它们的电化学行为是由结构演化热力学决定的。为了更好地理解电化学对结构因子的依赖性，本文通过高压处理在原始和电化学激活的Li1.144Ni0.136Co0.136Mn0.544O2中诱导结构修饰。在操作压力扫描过程中，观察到阴离子氧化还原活性材料结构重排序的独特周期性变化，其特征是在同步辐射X射线衍射图中出现超晶格峰强度的周期性演化。在结构再排序过程中，材料的体积压缩系数降低，甚至变为负值。这些见解阐明了阴离子氧化还原基材料的结构灵活性和亚稳性，这些材料可以经受较大的压缩和结构修饰，同时具有良好的电化学性能https://doi.org/10.1016/j.matt.2020.10.02616. Adv. Energ. Mater.：金属-有机骨架衍生阳极和聚苯胺链网状阴极，具有介孔和导电路径，可用于高能量密度、超快充电和长寿命混合电容器混合型锂离子储能装置具有广阔的应用前景，但其阳极和阴极仍存在结构上的局限性，如适应丰富的阳离子/阴离子反应、快速的电荷运动和较长的循环寿命。为此，开发高容量/高速率的阳极和阴极结构来克服这些挑战。氧化钼（MoO2）注入碳骨架与还原石墨烯氧化物（rGO）外壳形成导电碳键，通过形成介孔通道实现锂离子快速传输、碳-rGO通道便于电子传导，以及超细MoO2单元实现高容量，从而发展成阳极结构。操作数X射线衍射和动力学分析表明，锂离子的插入和提取是通过电容和扩散控制反应进行的。此外，聚苯胺（PANI）链通过原位聚合在rGO片上拉长，形成交联聚苯胺链集成rGO作为阴极结构。它们显示出快速负离子传输的多孔性，高容量的N掺杂位点，以及PANI和rGO之间的π-π键以实现电子传导和循环稳定性。此外，这种阳极和阴极配置的混合电容器允许利用电池型和假电容反应，如其极高的能量密度（高达242 Wh kg−1）、超快充电功率密度（高达28 750 W kg−1）以及超过10000次循环的长寿命稳定性。https://doi.org/10.1002/aenm.20200185117. Nat. Energy.: 基于纯相二维Ruddlesden-Popper膜的层状钙钛矿太阳能电池与三维钙钛矿相比，二维层状金属卤化物钙钛矿由于其良好的光电特性和稳定性而受到越来越多的关注。然而，这种钙钛矿通常由多个量子阱组成，阱宽分布是随机的。在这里，研究者们通过引入熔融盐间隔体乙酸丁胺来代替传统的卤化物间隔体碘化丁胺，报道了单阱宽的纯相量子阱。由于乙酸丁胺与钙钛矿骨架的离子配位性强，可以形成中间相均匀分布的凝胶。这使得具有垂直排列微尺度晶粒的纯相位量子阱薄膜可以从各自的中间相结晶。由此产生的太阳能电池实现了16.25%的功率转换效率和1.31 V的高开路电压。在65±10%的湿度下放置4680 h, 85°C操作558 h，或连续光照1100 h后，电池的效率下降<10%。https://doi.org/10.1038/s41560-020-00721-518. J. Am. Chem. Soc.：冠醚调制使甲脒基钙钛矿的太阳能电池效率超过23%利用分子调制器降低钙钛矿材料表面缺陷密度和晶界缺陷密度是提高钙钛矿太阳能电池光伏性能和器件稳定性的有效途径。在此，研究者们使用冠醚调制钙钛矿膜，提供钝化不协调的表面缺陷。固体核磁共振和密度泛函理论计算解释了这种相互作用。冠醚基体诱导钙钛矿薄膜表面形成主-客体复合物，降低了表面电子缺陷浓度，抑制了40%的非辐射复合，同时最大限度地减少了水分渗透。因此，我们实现了光伏性能的大幅提升，功率转换效率超过23%，并增强了环境和运行条件下的稳定性。这项工作为通过超分子化学提高钙钛矿基光电器件的性能和稳定性开辟了新的途径。https://doi.org/10.1021/jacs.0c0859219. Angew. Chem. Int. Ed.：高效无铅钙钛矿太阳能电池中FASnI3薄膜的预成核簇晶化动力学调制卤化锡钙钛矿正逐渐成为无铅钙钛矿太阳能电池(PSCs)的理想材料。然而，卤化锡钙钛矿的结晶速度比基于铅的类似物快得多，导致更猖獗的陷阱态和更低的功率转换效率。在这里，研究者们揭示了一个关键的发现，通过基于预成核团簇(PNCs)的非经典成核机制来调节FASnI3 (FA: formamidinium)的结晶动力学。通过引入哌嗪二氢二碘化物来调节钙钛矿前驱体溶液的胶体化学，可以在成核前形成稳定的团簇。这些预成核团簇作为中间相，因此可以降低钙钛矿成核的能垒。富含这种中间PNCs的前驱体溶液可以很容易地转化为具有低缺陷密度的高质量钙钛矿薄膜。这种基于PNCs的方法显著提高了FASnI3 PSCs的光伏性能，提供了11.39%的令人印象深刻的效率和改进的稳定性。https://doi.org/10.1002/anie.20201228020. Adv. Mater.：通过延长光生激子的寿命来提高有机太阳能电池的性能在有机太阳能电池(OSCs)中，激子寿命(τ)对于激子迁移到给体/受体界面进行电荷分离至关重要;然而，τ的明显延长很少被实现。这里,研究者们通过引入一个固体添加剂9‐芴酮‐1‐羧酸(FCA)活性层, 其中包括非富勒烯受体，3,9‐二(2‐亚甲基)‐(3‐(1,1‐二氰基乙烯)‐6/7‐甲基)‐5,5,11‐四akis(4‐己基苯基)‐二噻吩[2,3‐d:2 '，3 '‐d ']‐s‐indaceno[1,2‐b:5,6‐b ']二噻吩(IT‐M)，τ从491秒大幅延长到928秒，同时荧光强度和量子产额明显增加。时间分辨瞬态红外光谱表明，在它的电子激发态和FCA的电子基态之间存在分子间振动耦合，这是首次在这里观察到的，它可以抑制内部转换过程。在添加FCA后，基于IT的OSCs显示出改进的短路电流和填充因子。因此，提高了功率转换效率，特别是对于大供受体比1:4的器件，效率提高了56%。本研究描述了一种新的方法，这也适用于其他非富勒烯受体，以进一步提高OSCs的性能，而不影响其形貌和光吸收性能。https://doi.org/10.1002/adma.20200316421. Matter：研究了卤化物混合对CsPbX3钙钛矿太阳电池结晶和相演化的影响全无机钙钛矿太阳能电池由于其优异的热稳定性引起了人们的广泛关注。然而，CsPbX3薄膜中不同卤化物成分(I、Br、Cl)的详细结晶过程和复杂的相变机理仍是个谜。本研究中研究者们利用最先进的原位掠入射广角x射线散射技术，系统地研究了卤化物元素在全无机钙钛矿结晶动力学、相变和稳定机制中的作用，以及对薄膜形貌和晶粒尺寸的影响。基于这些结果，我们能够通过精密的成分工程制备高性能三元卤化物(I, Br, Cl)全无机PSCs。我们的研究结果为深入了解全无机钙钛矿材料提供了指导，并为获得高性能全无机钙钛矿材料铺平了道路。https://doi.org/10.1016/j.matt.2020.10.02322. Adv. Energ. Mater.: 功能增强高稳定和高效钙钛矿太阳能电池的操作稳定性钙钛矿的认证效率高达25.2%，成为最高效率的薄膜太阳能电池材料。不幸的是，钙钛矿太阳能电池(PSCs)商业化之前，必须解决严重的不稳定性问题。在理论计算的辅助下，研究者们选择合适的多功能分子2,2‐二氟丙二胺(DFPDA)来改善所有的不稳定性问题。具体地说，在协调Pb2+缺陷下，DFPDA中的羰基与Pb2+钝化形成化学键。因此，钙钛矿的结晶速率降低，高质量的薄膜生产与更少的缺陷。氨基不仅与碘离子结合抑制离子迁移，而且增加羰基上的电子密度，进一步增强其钝化效果。此外，DFPDA中的氟基团在钙钛矿表面形成有效的屏障以提高其水分稳定性，并在钙钛矿与HTL之间架桥起有效的电荷传递。此外，它们在HTL中表现出了有效的掺杂作用，提高了载流子迁移率。在DFPDA中这些基团的联合作用下，添加DFPDA添加剂的PSCs获得了22.21%的效率，并显著改善了抗湿热和光稳定性。https://doi.org/10.1002/aenm.202001920更多科研作图、软件使用、表征分析、SCI 写作、名师介绍等干货知识请进入研之成理后台自主查询。催化/能源交流群，请添加微信：yzcl93
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