温馨提示：本推文包含18篇文献，预计阅读时间约18min，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. Adv. Energ. Mater.：多孔亲锂锂硅合金型界面骨架通过自放电机制实现稳定的锂金属负极
锂被认为是下一代锂金属电池的理想负极，因为它在所有候选负极中表现出极高的理论容量和最低的电化学电位。然而，由不可控的枝晶生长和严重的副反应引起的锂的安全性问题和较差的循环稳定性阻碍了其在锂金属电池中的实际应用。尽管已经提出了各种制造锂负极的策略，但开发高倍率锂金属电池仍然是一个重大挑战。为了应对这一挑战，本文提出了在电解质的帮助下通过“自放电”机制创建的三维多孔锂硅合金型界面框架 (LSIF)。利用原位自发预锂化，亲锂的 Li15Si4 颗粒均匀排列以构建多孔三维LSIF。平衡的离子/电子导电 LSIF 作为稳定的锂宿主，有助于抑制循环过程中的枝晶生长和体积膨胀。LSIF@Li 负极对锂有很强的亲和力、快速的锂扩散动力学和低成核/扩散势垒。此外，LSIF@Li 对称电池即使在超高电流密度（15 mA cm-2）下也能够稳定循环（超过 1000 次循环）。当与 LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 或 LiFePO4 配对时，LSIF@Li 全电池在10倍率下显示出更高的倍率性能和长期循环稳定性（大约2000 次循环）。 https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aenm.2021015442. Adv. Energ. Mater.：揭示普鲁士蓝正极的热安全性，可用于更安全的非水系电池普鲁士蓝类似物 (PBA) 因其卓越的电化学性能而成为许多下一代金属离子电池的有前途的正极材料。它们的无氧结构避免了需要释放氧气的常见电池热失控途径。在此，从非水钠离子和钾离子电池的材料和全电池水平研究普鲁士蓝类似物的热失控机制。确定了它们隐藏的安全问题和不需要氧气析出的新型失控机制。氰化物基团在 200 °C 以上以有毒氰化物形式释放 (大约51.4 wt%)，也会与电解质发生放热反应并导致失控。通过拉曼光谱、X 射线光电子能谱、原位环境透射电子显微镜和原位同步加速X 射线衍射研究，氰化物气体产生机制为正极的水解歧化。此外，全电池水平的量热研究表明，与传统的钴酸锂石墨系统相比，此类钠离子电池和钾离子电池的热量产生减少，但失控的起始温度较低。这些结果改变了从安全角度评估普鲁士蓝类似物材料的方式，表明它们不能被视为安全的正极。它们还表明了热安全性与其晶体缺陷或水含量之间的相关性。这种热失控机制提供了有助于构建更安全的下一代电池的见解。https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.2021017643. Adv. Energ. Mater.：量化和抑制质子嵌入以实现高压锌离子电池可充电锌离子电池被广泛认为是大规模储能应用的有希望的候选者。与大多数多价电池系统（基于 锌、镁、钙 等）一样，锌离子电池开发的进一步进展依赖于能够可逆锌离子（脱）嵌入的新型正极主体的发现和设计。在此，这项工作采用 VPO4F 作为锌离子电池正极，并探索了随后的嵌入机制以及循环过程中的界面动力学，以量化浓缩电解质和/或混合水-非水电解质中的水动力学。与大多数基于氧化物的正极材料一样，由于界面的羟基化性质，在 ZnxHyVPO4F 在水性介质中放电期间，质子插层支配着电化学活性。这种质子电化学降低了锌离子电池的低倍率和/或长循环电化学性能，这阻碍了实际应用的实现。因此，首次证明了各种电解质中水动力学的量化。对各种浓缩电解质和混合水-非水电解质系统中的水流动性进行详细研究，可以设计出一种电解质，该电解质可增强负极稳定性并抑制放电过程中的水/质子活动。同时调整 锌离子/氢离子嵌入动力学可以实现高电压 (1.9 V) 和持久的水系锌离子电池：Zn|Zn(OTf)2·nH2O-PC|ZnxHyVPO4F。https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202102016
4. Adv. Energ. Mater.：一种不含钴和锰的高镍层状氧化物正极，用于长寿命、更安全的锂离子电池由于对高能量密度锂离子电池的需求不断增长，高镍LiNi1-x-yMnxCoyO2 和 LiNi1-x-yCoxAlyO2 正极受到越来越多的关注。然而，其中钴和锰的存在引发了多个问题，包括高成本、高毒性、快速表面劣化和严重的过渡金属溶解。在此，一种不含钴和锰的超高镍 LiNi0.93Al0.05Ti0.01Mg0.01O2 (NATM) 正极在全电池 800 次深度循环中表现出 82% 的容量保持率，优于两种具有代表性的高镍正极LiNi0.94Co0.06O2(NC)和LiNi0.90Mn0.05Co0.05O2(NMC)。结果表明，富含钛的表面以及作为 NATM 中稳定离子的铝和镁不仅可以改善与电解质和结构崩解的不良副反应，还可以减轻石墨负极上的过渡金属溶解和活性锂损失。因此，与 NATM 配对的石墨负极在循环后显示出超薄（大约8 nm）、单层负极-电解质相间结构。此外，NATM 显示出显着增强的热稳定性，放热温度升高（NATM 为 213 °C，而 NC 和 NMC 分别为 180 °C 和 190 °C），并且放热显着减少。这项工作阐明了在锂基电池中采用低成本、长使用寿命和提高热稳定性的超高镍正极的合理组成设计。https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202102421
5. Adv. Funct. Mater.：一种温和的可溶性质子添加剂，可实现高放电能力并稳定锂氧电池中的锂金属负极促进 Li2O2 的溶液相形成而不是在正极表面形成是高性能锂氧电池的关键问题。据报道，质子添加剂可引导电解液中 Li2O2 的放电，而进一步的反应因与锂金属的内在反应活性而停滞，从而降低了锂氧电池的寿命。在本文中，首先将质子添加剂罗丹明 B 作为相转移催化剂引入电解质中，以实现 Li2O2 的溶液相形成。Li2O2 的产率为 90.79%，放电容量为 46000 mAh gcarbon-1，电流密度为 1000 mA gcarbon-1，是空白电解液的 23 倍。密度泛函理论计算进一步证明了罗丹明 B促进溶液相放电的可行性。最值得注意的是，罗丹明 B中的游离氯离子有助于原位形成稳定的锂离子导电固体电解质界面，以保护锂负极在循环过程中免受腐蚀和枝晶形成。因此，锂对称电池在 1 mA cm-2 的电流密度下表现出长达 1300 小时的长循环性能和低滞后电压。受益于上述结果，含罗丹明 B的锂氧电池具有长循环稳定性。https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202106984
6. Adv. Funct. Mater.：用于高能Li2S//Si-C电池的Mo-Li2S-石墨烯纳米复合材料的锂热同步构建降低活化势垒并稳定 Li2S 正极的硫最终可以提高电池效率和硫基锂离子电池的循环寿命。在这里，建立了一种独特的同步合成方法，可以同时构建封装在导电保护层中的 Li2S，并因此提出了 Li2S 正极的催化和局域限制的协调效应。通常，基于 8Li + MoS2 + CS2 = 4Li2S + Mo + C 的锂热反应，所获得的复合材料具有丰富的钼纳米晶体嵌入结晶 Li2S 基质中，然后被几层石墨烯包裹。值得注意的是，源自锂热反应的所有三种成分都通过 Mo-S 和 C-S 的化学键连接，形成紧凑的 Mo-Li2S-石墨烯三重异质结构。系统研究揭示了 Mo-Li2S-石墨烯的电荷过电位和催化活化之间前所未有的相关性，而实现了 2.43 V 的低活化电位。进一步的研究揭示了循环稳定性与核壳结构的限制效应之间的关系，而多硫化物限制效率的提高使锂硫电池具有优异的循环寿命。此外，Mo-Li2S-石墨烯正极展示了锂离子电池的有前景的应用，其中Mo-Li2S-石墨烯//Si-C电池具有764 mAh g-1的高容量和出色的循环稳定性。https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202108305
7. Adv. Funct. Mater.：一种用于长寿命、低锂过量锂金属电池的自修复硫化物/聚合物复合电解质固体电解质保护的锂金属负极有望提供高能量密度、安全的电池。虽然硫化物固体电解质具有易于加工和快速离子传输的特点，但它们存在复杂的化学机械问题，包括锂电镀引起的断裂和锂剥离引起的接触损失。为了解决这些问题，采用接枝方法对硫化物固体电解质（Li3,85Sn0.85Sb0.15S4）进行自修复功能化。这导致固体电解质网络和机械坚固的聚合物支架之间形成动态结合，可逆地适应锂金属负极的体积变化。此外，该方法改善了锂金属负极与复合电解质之间的界面接触，在温和的压力（160 kPa）下实现稳定循环。放电容量比与充电容量比等于 1，具有高镍正极（镍含量大于90%）和锂金属负极的袋装全电池在 140 次循环中显示出 92% 的容量保持率。设计固体电解质和聚合物粘合剂之间的界面为解决化学机械问题提供了一条有前途的途径。https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.2021066808. Science：溶剂化鞘层重组使二价金属电池具有快速的界面电荷转移动力学由于镁和钙的高地壳丰度和容量，可充电镁和钙金属电池（RMBs和RCB）是锂离子电池的有前途的替代品。然而，它们受到缓慢的动力学和寄生反应的困扰。本文发现了一系列甲氧基乙胺螯合剂，通过溶剂化鞘层重组极大地促进了界面电荷转移动力学，并抑制了阴极和金属阳极上的副反应，从而使RMB和RCB全电池实现稳定且高度可逆的循环，能量密度分别为412和471 Wh kg-1。这项工作为二价金属电池提供了一种通用的电解液设计策略。https://www.science.org/doi/10.1126/science.abg39549. J. Am. Chem. Soc.：通过原位非晶电极-电解质界面实现高能锂金属电池中的双电极协同屏蔽固态锂金属电池为高安全性和高能量密度的储能系统提供了巨大的机遇。然而，多余的界面改性层，旨在导致整体令人满意的界面稳定性，大大降低了实际的能量密度。在此，提出了一种双界面非晶阴极电解质界面/固体电解质界面CEI/SEI保护（DACP）策略，通过LiDFOB和LiBF4原位协同转换，在不牺牲能量密度的情况下，克服混合固液电池中电化学副反应和锂树枝晶的主要挑战。非晶态CEI/SEI产品具有超低的质量比例，并作为动态屏蔽，以良好的结构协同强化双电极。因此，该原位DACP层巧妙地协调了多种界面相容性和高能量密度，使混合固液锂金属电池即使在实际条件下，包括高阴极负载、高电压（4.5 V）和高温（45°C）条件下，也具有可持续的卓越循环稳定性，并使用贫电解液（0.92 g Ah–1，含固相和液相）实现高能量密度（456 Wh kg–1）软包电池（11.2 Ah，5 mA h cm–2）。兼容修改策略为未来固态电池系统中实用接口的设计指明了一条有希望的途径https://doi.org/10.1021/jacs.1c0842510. Adv. Mater.：通过富磺酸盐改性隔膜研制高性能锂硫电池锂硫（Li-S）电池是下一代高能量密度设备的巨大希望；然而，多硫化物穿梭和锂枝晶的生长严重阻碍了其商业化生产。在此，本文设计、合成了一种富含磺酸盐的COF（SCOF-2），并将其用于改进锂硫电池的隔膜，为上述挑战提供了解决方案。结果表明，SCOF-2比无/单磺酸盐COFs具有更强的电负性和更大的层间距，有利于Li+的迁移，减少Li枝晶的形成。密度泛函理论（DFT）计算和原位拉曼分析表明，SCOF-2具有窄禁带和对硫物种的强相互作用，从而抑制了自放电行为。因此，经过改进的电池在1℃下的800次循环中，每循环的超低衰减率为0.047%，在一周内的低容量衰减率为6.0%，具有优异的抗自放电性能。此外，即使使用高硫负载阴极（3.2–8.2 mgs cm-2）和贫电解液（5µL mgs-1），电池仍然显示出≈在100次循环中保持80%的容量，显示出巨大的实际应用潜力。https://doi.org/10.1002/adma.20210517811. Adv. Mater.：协同利用多硫化物添加剂和人工固体电解质界面层改造高能量密度锂硫电池尽管锂硫（Li–S）电池具有很高的理论容量，但由于电解液硫比大、多硫化物（PS）会导致活性硫的损失以及在锂阳极上形成钝化层，因此很难实现较高的电池能量密度和较长的循环寿命。为了提高能量密度，在阴极中保持PS是最常用的方法。然而，它还是失败了，特别是当硫含量高到足以拥有与商用锂离子电池类似的能量密度时。在这里，尝试使用含锂PS（LPS）的电解液代替纯电解液来实现高“电池级”能量密度的实用方法，从而降低电解液与硫的比率以及PS由于浓度差异而从阴极扩散出去。同时，在Li金属上使用憎Li2S的人工固体电解质界面层（A-SEI）抑制了持久的问题，包括PS钝化和Li树枝晶。LPS添加剂和A-SEI的协同效应使细胞水平的体积能量密度达到650 Wh L−1以及考虑循环寿命的大累积能量密度。这种方法为实现可与当前锂离子电池匹敌的商用锂硫电池提供了重要的垫脚石。https://doi.org/10.1002/adma.20210424612. ACS Energy Lett.：电解液氧化和二氟磷酸生成在锂离子电池穿透和容量衰减中的作用许多高压锂离子电池（LIB）的低循环性能归因于交叉反应导致的阳极-固体电解质界面（SEI）损坏。过渡金属离子交叉被认为是SEI损伤和容量损失的主要来源，特别是对于高压尖晶石阴极。然而，过渡金属在阳极SEI上的沉积可能不是SEI降解的主要来源。本研究的重点是LiPF6在碳酸乙烯酯（EC）基碳酸盐电解质中的氧化分解，以生成酸性物质，这些酸性物质随后越过阳极并降解阳极SEI成分。已对石墨| LiNi0.5Mn1.5O4和石墨| LiMn2O4电池的强酸二氟磷酸（F2PO2H）生成进行了量化。PO2H浓度、SEI降解和电池容量损失之间存在相关性。https://doi.org/10.1021/acsenergylett.1c0165713. ACS Energy Lett.：电解液在克服锂电池正极LiNiO2挑战中的作用LiNiO2（LNO）是20世纪80年代首次发现的高容量模型阴极，由于其固有的不稳定性而不受欢迎。然而，随着对更高能量密度电池的推动，针对LNO的研究活动再次呈上升趋势。本文在此证明，使用适当的现代电解质，LNO无需额外修改即可实现重大性能改进。使用局部高浓度电解液（LHCE）的电池在200次循环后的容量保持率为92%，而在基线碳酸盐电解液中的容量保持率为56%，在高压存储后的容量保持率为94%，而在基线碳酸盐电解液中的容量保持率为77%，与188°C相比，热失控的起始温度更高，为244°C。这些改进归因于LHCE的高氧化稳定性及其富氟相间的形成。尽管对这种新型电解液的进一步表征是必要的，但这项工作表明，现代电解液可以成为高容量、长周期电池的促成因素。https://doi.org/10.1021/acsenergylett.1c0171414. Adv. Energ. Mater.：超低温下的多相、多尺度化学力学：在宽温度范围内工作的电池电极了解锂离子电池（LIB）在极端条件下的行为，例如低温，是在各种应用场景中广泛采用LIB的关键。锂离子电池在低温下的性能差通常归因于电解液中锂离子的劣质传输，这推动了新电解液的开发以及电动汽车中流行的电池预热方法。然而，这些措施既不能解决重大的不可撤销的容量损失，也不能很好地理解这一点。本文系统地阐明了复合LiNixMnyCozO2（NMC，x+y+z=1）阴极在极低温度下的多相、多尺度化学力学行为。锂离子电池的低温储存可导致活性电极的不可逆结构损坏，从而对随后的电池在环境温度下的循环性能产生负面影响。除了开发性能稳定的电解质外，设计用于宽温度范围的电池还需要开发在不同温度之间切换时结构和形态坚固的电极组件。https://doi.org/10.1002/aenm.20217014315. Adv. Funct. Mater.：多功能和物理瞬态超级电容器，摩擦电纳米发电机，电容传感器电子垃圾（e-waste）随着消费电子产品需求的增加而增长。不幸的是，这正在导致世界范围内的污染和大规模的生态问题。这个问题的解决方案是使用瞬态电子设备。虽然已经提出了一些组件（例如晶体管和电池）的瞬态，但让电子设备中的所有组件都是瞬态的至关重要。因此，应该证明更多电子元件的瞬态，以缓解电子垃圾问题。在此，研究者们使用聚乙烯醇、炭黑和活性炭制造多功能纳米复合电极。然后使用这些简单的电极来制造物理瞬态超级电容器、摩擦纳米发电机和电容传感器。瞬态超级电容器在被丢弃之前具有出色的超级电容行为，被多次使用，这显示出作为瞬态系统的储能组件的前景。制造的瞬态摩擦纳米发电机用于收集机械能，消除了对外部电源的需求，为自供电设备铺平了道路，例如本文中展示的触摸板。另一方面，制造的瞬态电容传感器显示出长期的线性灵敏度，并提供对生理信号和身体运动的无浪费监测。https://doi.org/10.1002/adfm.20210606616. Adv. Energ. Mater.：通过平衡电荷生成和无辐射损耗实现碳氢溶剂处理有机太阳能电池的高效率使用非卤化溶剂加工有机太阳能电池是比较可取的，因为它们对人体健康的危害较小。然而，要在有机半导体的溶解性和聚集性之间进行微妙的权衡，以保持与氯化溶剂处理类似的高器件效率，目前仍是一项挑战。严格控制加工温度和延迟时间之间的动力学的需要不可避免地使实现可重复性能的器件加工复杂化。在此，作者开发了一种简便的方法，通过选择合适的给体/受体材料和微妙的溶剂组成来实现适当的溶解度和预聚集。这使得薄膜具有高度的有序度和适当大小的相分离。这种工艺产生的太阳能电池可以实现高达18%的高功率转换效率，这是目前报道的非卤化溶剂处理设备的最高值。这一令人印象深刻的结果是通过协同减少非辐射损失和增强电荷产生实现的。https://doi.org/10.1002/aenm.20210176817. Adv. Funct. Mater.: 用于增强太阳能电池和窗户热管理的明显清晰的辐射冷却超材料无需额外能源消耗的透明白天辐射冷却的研究是一个有前途的研究领域。它的应用包括太阳能电池以及容易出现加热问题的建筑和汽车窗户。无处不在的应用需要以可扩展的方式开发具有高机械灵活性的超材料，同时克服半透明。在这项研究中，研究者们使用新设计的光学调制器开发了明显清晰且灵活的辐射冷却超材料，该光学调制器填充在有机硅弹性体中随机分布的二氧化硅气凝胶微粒中。光调制器有效地抑制了可见光散射，从而在确保可见光清晰度的同时实现更高的二氧化硅气凝胶微粒负载。使用室内和室外实验验证了超材料对温度升高的显着抑制。部署在太阳能电池和窗户中的透明超材料可以有效抑制太阳照射下的温度上升，从而减轻太阳能电池因加热问题而导致的性能下降，并抑制室内空气温度的上升。https://doi.org/10.1002/adfm.20210588218. Adv. Funct. Mater.: 用于高效钙钛矿/CZTSSe串联太阳能电池的宽禁带钙钛矿的界面工程 宽带隙钙钛矿因其在串联太阳能电池(TSC)中作为顶部吸收体的重要作用而引起了广泛关注。然而，宽带隙钙钛矿太阳能电池(PVSC)通常会遭受严重的非辐射复合损失，因此表现出高开路电压(VOC)缺陷。为了解决这些问题，研究者们在空穴传输层上采用二维辛基二铵碘化铅中间层，以诱导形成靠近空穴选择性界面的超薄准二维钙钛矿。这种方法不仅加速了空穴转移并延缓了空穴积累，而且还降低了顶部钙钛矿层中的陷阱密度，从而有效地抑制了非辐射复合路径。因此，冠军宽带隙器件(≈1.66 eV)的功率转换效率(PCE)为 21.05%，VOC 为 1.23 V，其中 0.43 V 的 VOC 赤字是倒置宽带隙 PVSC 的最低值之一。此外，通过在 1.1 eV Cu2ZnSn(S,Se)4 (CZTSSe) 底部电池上堆叠半透明钙钛矿顶部电池，在钙钛矿/CZTSSe 四端串联太阳能电池上实现了 22.27% 的 PCE，为全溶液处理、低成本、高效的 TSC，在宽带隙顶部电池中减少了能量损失。https://doi.org/10.1002/adfm.202107359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后台自主查询。 科研绘图交流群，请添加微信：17857127498
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