电池前沿每月精选丨1021-1027
纳米人
1. Angew综述：硼在能源相关研究和应用中的作用
硼在元素周期表中的独特位置，即金属和非金属分离线的顶点，使其在化学反应和应用中具有很高的通用性。硼在当代对可再生和清洁能源以及高能效产品的需求中，在与能源相关的研究中均发挥着关键作用，从活化和合成高能的小分子到化学和电能存储，再到将电能转化为光能，这些应用从根本上与硼的独特特征相关，例如硼的缺电子和未占据p轨道的可用性，使其可以形成化学性质和物理性质具有极大可调性的多种化合物。例如，硼具有获得四个共价键和负电荷的能力，致使合成了多种具有高化学和电化学稳定性的硼酸根阴离子，特别是有用的弱配位阴离子家族。
澳大利亚悉尼科技大学Zhenguo Huang、加拿大皇后大学Suning Wang和德国维尔茨堡朱利叶斯·马克西米利安大学Maik Finze和Holger Braunschweig等人总结了在硼化学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关研究应用的最新研究进展。
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: 原位光谱表征锂硫电池的最佳设计
锂硫（Li–S）电池是最有前途的高能量密度二次电池系统之一。然而，由于极其复杂的“固-液-固”反应路线产生了诸多问题。近年来，通过合理的成分和结构设计，在优化Li-S电池方面取得了巨大的进步。然而，仍然缺乏对Li–S系统的实际反应机理及其对电化学性能影响的全面且深入的了解。最近，已经开发出了几种重要的原位光谱技术，包括拉曼光谱，红外光谱和紫外可见光谱，以监测电池状态的实时变化，并建立了连接宏观电化学性能和部件微观结构的桥梁，在科学指导Li-S电池进一步优化设计中起着至关重要的作用。
苏州大学田景华和晏成林团队将借助这些原位光谱技术对Li-S电池的表征和最佳设计方面的最新结果进行系统总结，以指导研究者进行原位构建光谱电化学电池，并开发出防止长链多硫化物形成，溶解和迁移的策略，以减轻Li-S电池的穿梭效应并改善电池性能。
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：锂离子电池及其他：庆祝2019年诺贝尔化学奖–一个虚拟问题
2019年诺贝尔化学奖的颁发引起了在储能领域的科学家的极大的兴趣。该奖项由John B. Goodenough，M. Stanley Whittingham和Akira Yoshino共同获得，以表彰他们在开发对锂离子电池生产必不可少的嵌入材料方面的开拓性工作。当前，锂离子电池已成为许多电子产品的核心。在过去的几十年中，技术上的进步基本上使任何消费者无论在何处都能以安全的方式进行可控的电化学反应（锂离子电池的充放电）。近年来，研究焦点一直在开发新的电极材料，稳定的电解质和隔板，以提高这些电池的寿命和蓄电量，以及开发固态蓄电池的动力，以进一步提高电池能量密度的上限并减少有毒成分材料的使用。对这些储能研究主题的追求在即时和重要的实际应用中持续受到了年轻和资深研究人员的关注。
为了纪念2019年诺贝尔奖，Prashant V. Kamat整理了过去10年发表的John B. Goodenough和M. Stanley Whittingham的精选评论，观点和研究文章。这个虚拟的问题代表了他们的文章中的一小部分（考虑到如此多产的作者是一个挑战！）。
这些诺贝尔奖获得者的观点，评论和观点可以概述锂离子电池的发展，最新发展以及储能方面的机遇与挑战。新型正极和负极材料的开发一直是锂离子电池研究的重要方面。这些研究不仅反映了新型电极材料的发展，而且探索了控制插层特性的因素以及组成和结构对蓄电池性能的影响。这三位研究者最近在钠离子，反铝和固态电池方面的贡献提供了对新兴能源存储领域的引导。
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：水诱导高取向介孔石墨碳的制备用于钾离子电池负极
钾离子电池具有高能量密度、低成本以及钾储量丰富等优点，是一种非常具有潜力的储能器件。然而，受钾离子半径大与传统石墨碳负极材料有限层间距的限制，钾离子电池的循环稳定性与倍率性能较差。近日，中国科学技术大学的钱逸泰院士团队通过环氧树脂在500℃的水热处理和在1400℃的退火设计制备了一种石墨层垂直于轴的高取向介孔石墨纳米晶(OGCS)。
研究发现，水不仅在石墨碳纳米晶形成过程中起着重要的作用，而且有助于介孔结构的形成，而这些介孔结构有利于钾离子的快速吸附和扩散，同时其也可以作为储钾位点，减小了钾离子传输的能垒，用OGCS作为钾离子电池的负极材料，具有优异的循环稳定性与倍率性能。该工作为设计制备高循环稳定性与倍率性能的钾离子电池负极材料提供了一种新的思路。
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: 层状无机-有机开放框架材料用作4V级钾离子电池正极材料
钾离子电池凭借其原料来源丰富、高工作电压和快速地K+扩散动力学等优势而成为了最具希望的规模储能体系。然而，为了实现钾离子电池的实际应用，电极材料需要具备高电压、高容量、优异的循环稳定性以及低成本等各种优势。在本文中，东京理工大学的Komaba等报道发现层状开放框架材料K2[(VOHPO4)2(C2O4)]在与还原氧化石墨烯材料（rGO）复合后能够用作4V级钾离子电池正极材料。
该材料能够在室温下通过简单的共沉淀方法来进行制备，并且在传统碳酸酯电解液中能够表现出可逆的钾离子脱嵌行为但是比容量和库伦效率较低。不过该材料在7 mol/kg的高浓KFSA/DME电解液中在0.1C下工作时放电比容量高于100 mAh/g且表现出良好的循环稳定性和较高的库伦效率。由于K+在开放框架中迁移十分容易，因此该材料的倍率性能十分出色。在10C的高倍率条件下放电比容量仍然高达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: 富镍NCA初级颗粒内的结构不均匀性-高倍率下放电容量衰减的根源
正极材料在电化学反应过程中，特别是在高倍率放电下的结构稳定性，与高能量和高功率密度的新型电极材料的设计和开发密切相关。
韩国科学技术学院（KIST）Wonyoung Chang课题组发现在不同截止电压下的快速放电过程中，单个LiNi0.835Co0.15Al0.015O2（NCA83）颗粒内形成的结构不均匀性。尽管内部保留了尖晶石结构，但从高截止电压（4.8 V）放电的某些NCA83颗粒表面上发现有部分恢复为层状结构。在高截止电压下高倍率放电期间，这些微米级和纳米级的不均匀性和结构反转与初始充电状态下的结构演变高度相关，并可能最终导致循环稳定性的降低。这项研究提高了对各种电化学过程中初级粒子内部结构不均匀性的理解，并可能促进新型富镍正极材料的开发。
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.: 尖晶石型中锰溶解与动态相稳定的关系-锂电
正极材料的稳定性主要归因于两个因素：整体结构稳定性和表面化学稳定性。在当前的商用LIB（锂/过渡金属（TM）氧化物或聚阴离子化合物）中，TM离子充当氧化还原中心，促进快速的电子交换并伴随可逆的结构演化。长期以来一直认为容量衰减的唯一根源是过渡金属TM的溶解，随后对负极产生负面影响。然而，其对正极行为的影响仍然知之甚少，且 正极的TM损失很可能导致不可逆的结构转变，这些是改善正极循环性能的重要因素，但目前仍未完全了解。
北京大学深研院潘峰与阿贡国家实验室陆俊、Khalil Amine团队报道了LiMn2O4正极的容量衰减与相/表面稳定性之间的相关性，揭示了结构转变和TM溶解的组合主导了正极容量的衰减。LiMn2O4表现出不可逆的相变，这是由锰（III）歧化和Jahn-Teller变形驱动的，与颗粒裂纹一起导致严重的锰溶解。同时，快速的锰溶解反过来又引发了不可逆的结构演变，因此形成了有害的循环，不断消耗活性正极成分。此外，具有锂/锰无序和表面重构的富锂LiMn2O4可以有效地抑制不可逆的相变和锰的溶解。
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: 高熵化学稳定层状O3型结构—钠离子电池正极
高性能Na离子正极材料的创新以及对结构化学的相应理解仍难以捉摸。中科院物理所胡勇胜课题组报道了一种用于钠离子正极的高熵化学的新概念。该课题组成功设计并制备了层状O3型NaNi0.12Cu0.12Mg0.12Fe0.15Co0.15Mn0.1Ti0.1Sn0.1Sb0.04O2的实例，该材料用于钠离子电池中显示出更长的循环稳定性（500次循环后容量保持率约为83％）和出色的倍率能力（5.0 C下〜80％的容量保持率）。
在充放电过程中，O3和P3结构之间呈现出高度可逆的相变行为，最重要的是，这种相变行为被有效地延迟了，表明超过60％的总容量存储在O3型区域中。可能的机理可以归因于这种高熵材料中的多组分过渡金属，它可以适应Na +脱-嵌过程中局部相互作用的变化。
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: 引入两种氧化还原反应实现高性能可充电锌离子电池
虽然普鲁士蓝类似物广泛应用于水性金属离子电池的阴极，但由于过渡金属离子只有单一的电化学激活种类，其比容量限制在≈60 mAh g−1。近日，香港城市大学的支春義课题组提出一种将Co(II)/Co(III)和Fe(II)/Fe(III)引入六氰酸钴中的两种氧化还原反应，作为实现高容量和高电压的锌离子水电池的突破口。在看电流密度为0.3 A g−1下，Zn/CoFe(CN)6电池能够提供1.75 V (vs金属锌)的高工作电压和173.4 mAh g−1的高容量。即使在极快的充放电速率下（6 A g−1），电池的3D开放结构框架也能提供109.5 mAh g−1的足够高的放电容量。
这是迄今为止使用普鲁士蓝类似物(PBAs)做阴极的电池中容量最高的。进一步，研究了水凝胶电解质的溶胶-凝胶过渡策略，以构建高性能柔性电缆型电池。通过该策略，活性材料可以充分与电解质接触，从而提高了电化学性能(≈18.73%的容量增加)和固态器件的机械性能。该研究通过将多种氧化还原反应种类用于高电压和高容量电池来优化电极。
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电池
锆金属有机骨架（Zr-MOF）以其非凡的稳定性和多功能的化学可调性而闻名。几种Zr-MOF表现出对缺失配体缺陷的耐受力，这些缺陷会产生“开放位点”，可用于结合节点簇上的客体分子。约翰霍普金斯大学V. Sara Thoi等人利用这些位置来稳定多孔框架内的硫代磷酸锂（Li3PS4）的反应性，并针对性地应用于Li-S电池。
Zr-MOF与PS43-的功能化通过包括NMR，XPS和拉曼光谱学，X射线对分布函数分析和各种元素分析在内的一系列表征得到证实。在电化学循环过程中，研究者发现即使Zr-MOF中硫代磷酸锂的掺入量较低，也可以改善硫的利用率和多硫化物封装，从而在长时间循环中提供可持续的高容量。功能化的MOF添加剂还可以防止在恶劣的循环条件下损坏电池，并在恢复到较低的充电/放电速率时恢复高容量。
该独特的方法将纯无机Li3PS4的化学特性与MOF的稳定性和高表面积结合在一起，创建了一种Li-S正极体系结构，其性能超出了其组成部分的总和。更广泛地讲，这种新颖的功能化策略为“设计材料”的轻松合成开辟了新途径，可以将来自不同学科的化学成分结合起来并针对特定应用进行定制。
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纳米晶的氮掺杂多孔CNT用于室温钠硫电池
多硫化物的溶解和转化反应的缓慢电化学动力学导致硫正极利用率低，从而阻碍了室温钠硫电池的进一步发展。澳大利亚伍伦贡大学侴术雷和Hui Liu、Yunxiao Wang等人报道了一种多功能的硫宿主，NiS2纳米晶体被植入到氮掺杂的多孔碳纳米管中（NiS2@NPCTs）。作用：1）内部具有连续碳骨架的一维导电NPCT可以提供短的离子扩散路径和快速的传输速率。2）每个多孔纳米管中的大腔体可以用作封闭体，以保证硫的体积膨胀和有效的多硫化物容纳。3）植入的NiS2纳米晶体具有极性特征，可以牢固地与硫物种结合，并在空间上定位硫化物的沉积。4）最重要的是，N掺杂位点和NiS2极性表面能够增强多硫化物的吸附能，从而具有对多硫化物氧化的强催化活性。
归因于物理限制和化学键合的协同作用，基体的高电子电导率、封闭的多孔结构和多功能硫基质的极化添加剂可以有效地固定多硫化物。原位同步X射线衍射和DFT计算证明了碱基质和NiS2组分的电催化行为，其中多硫化物具有很强的吸附能力，并且可溶性多硫化物高度转化为不溶性Na2S2 / Na2S。结果：经过合理的设计，可实现高的多硫化物固定化和转化率。所获得的硫正极在室温Na / S电池中表现出优异的性能。
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: 强电解质与阴极吸附的协同作用转化三碘化物-锂氧电池
通过观察I2拉曼峰相对于I2蒸气的最大偏移，以及通过第一原理分子动力学模拟中拉长的I–I键长，可以识别出二甲基亚砜（DMSO）对I2的超强溶剂化作用。中科院上海硅酸盐研究所Yi-Yang Sun和Tao Zhang课题组发现该效应和RuO2表面与I2牢固结合的共同作用，可将众所周知的I-+ I2生成I3-的反应方向反转为向左发生。
受这一发现的启发，该团队制造出具有Li / DMSO + LiI / RuO2结构的Li–O2电池，并发现DMSO和RuO2对I2的协同作用能够锚定氧化还原介质（RM）的氧化产物I2分子，以此来抑制RM的穿梭效应。该电池在低于3.65 V的充电电压下，经过100次循环，稳定性得到了显著提高。
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: 锂金属电镀的成核与生长机理
了解锂的成核和生长机理是提供长循环寿命和安全的锂离子电池或锂金属电池的关键。然而，目前没有发现有关锂金属沉积的定量报道。国立台湾科技大学Wei-Nien Su和Bing-Joe Hwang团队提出了一个用于定量了解与SEI形成相关的Li成核和生长机理的模型，称为Li-SEI模型。
研究发现，各种超电势下的电流瞬变会引发Li金属在裸铜箔上的形核和生长，因此研究者以考虑了3D扩散控制的瞬时过程（j3D-DC）并同时减少由于SEI断裂引起的电解质分解（jSEI）的Li-SEI模型 用于研究Li的成核和生长机理。实验和理论瞬态的单独贡献指出，扩散系数（D）、成核速率（N0）和电解质分解速率常数（kSEI）的基本动力学值可以由Li-SEI模型确定。其中，JSEI随着时间增加，这表明由于Li沉积时SEI断裂，电解质分解产生的电流随时间增加。
同时，kSEI随着超电势的增加而增加，表明在更高的超电势或更高的增长率下，SEI断裂更为严重。具有FEC添加剂的电解质中的kSEI较小，表明FEC添加剂可以显著抑制锂金属沉积过程中的SEI断裂。该模型的提出为定量了解Li在不同基质或不同电解质中的成核和生长机理以及电解质分解开辟了一条新途径。
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.：太阳能提高OER动力学助力锌空气电池
直接收集太阳能进行电池充电是实现低成本、绿色、高效和可持续的电化学储能的最终解决方案。近日，天津大学的胡文彬教授和钟澄教授课题组设计了一种阳光促进策略，使可充电锌空气电池在低于理论电池电压的情况下充电电势大大降低，该光促进锌空气电池使用BiVO4或α-Fe2O3空气光电极，初始充电电位约1.20 ~ 1.43 V，相比传统锌空气电池降低了约0.5 ~ 0.8 V的充电电势。
研究发现，光电极的能带结构和光电化学稳定性是决定阳光促进锌空气电池充电性能的关键因素。光电极作为空气电极的引入，为开发能够有效利用太阳能同时克服传统锌空气电池高充电过电位的问题提供了一条重要的途径。
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负载非晶态MnOx作为高效双功能电催化剂用于锌空气电池耐腐蚀氧电极
与锂离子电池相比，锌空气电池（ZABs）具有更高的理论能量密度、更低的成本和更高的安全性，但由于缺乏高效、耐用的双功能氧电催化剂，其进一步的开发和应用受到严重的制约，目前广泛应用的碳基催化剂在电池充电过程中存在热力学不稳定性。鉴于此，天津工业大学宋世栋教授和滑铁卢大学Zhongwei Chen教授团队合作设计制备了一种新型的TiC负载非晶质MnOx (A-MnOx/TiC)作为ZABs耐腐蚀氧电极的电催化剂。A-MnOx/TiC对氧还原反应(ORR)和氧进化反应(OER)表现出优异的电催化活性和稳定性，远远优于目前商业的ORR的Pt/C催化剂和OER的IrO2催化剂,以及Pt/C-IrO2或者A-MnOx/C双功能催化剂。
A-MnOx/TiC优异的双功能催化活性归因于非晶型MnOx催化剂的高活性与TiC载体的高导电、稳定性的协同效应。更重要的是，与易于氧化的碳基A-MnOx/C催化剂相比，A-MnOx/TiC在强碱性电解质中表现出优异的电化学稳定性。利用该催化剂组装的ZABs具有优异的充放电性能和循环稳定性，此外，A-MnOx/TiC可应用于固态ZABs，其在平板和弯曲状态下均表现出良好的机械柔性和循环稳定性。具有极高活性和电化学稳定性的A-MnOx/TiC双功能电催化剂为探索高效、高循环稳定性的锌空气电池耐腐蚀电催化剂提供了一种新的策略。
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: 炭纤维串联Co/N掺杂ZIF-67基炭颗粒催化剂用于高性能电催化--锌空电池
ZIF-67由交替排列的钴原子和富氮有机连接物组成，是生产Co和N共掺杂碳(C-ZIF-67)氧还原反应催化剂(ORR)的理想前前体，然而，空气阴极中的C-ZIF-67颗粒催化剂由于存在颗粒间的阻力和颗粒间的分离问题，往往表现出有限的催化活性和稳定性。
鉴于此，新加坡科技研究局的Yun Zong，Zhaolin Liu和南洋理工大学的Hua Zhang课题组合作采用一种原位方法，在电纺聚丙烯腈(PAN)纤维上选择性地生长ZIF-67，形成一种有趣的“弦串联宝石”结构杂化材料，热解处理后的杂化产物转化为高导电，具有良好分级结构和优异的ORR催化活性以及稳定性的新型催化剂，利用其作为空气阴极组装的锌空气电池(ZnAB)在20 mA/cm2的高电流密度下具有1.24 V的稳定放电电压，通过机械补充锌阳极和电解液使电池完全放电后再生，该电池可以在放电电压1.0 V以上，电流密度为10 mA/cm2的条件下连续工作38天，更重要的是，与一个自支撑的垫组合成柔性阴极用于薄的和可弯曲的ZnABs，在平面和弯曲状态可以提供高放电电压，表现出在可穿戴电子设备领域的巨大应用潜力。
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.: 两厘米的多孔金属氮化物单晶提供增强的赝电容
基于化学吸附的赝电容器包含氧化还原活性位点，该活性位主要由在电极表面晶格中具有不饱和配位的过渡金属离子组成。电容通常由多孔微结构、电子传导和多孔电极中的活性位点的协同作用决定。
中科院福建物构所谢奎课题组通过将扭曲表面上不饱和配位的长程有序排列的活性位点，金属态的高电导率以及多孔微结构的大表面积相结合，以2 cm尺度的规模生长金属多孔过渡金属氮化物单晶，以增强赝电容。其中，活性金属氮位点的远距离排序说明化学吸附中的快速氧化还原反应，而高电导率和多孔微结构则促进了电荷在电极中的转移和物质扩散。最后，多孔MoN、Ta5N6和TiN单晶在酸性和碱性电解质中，均展示出增强的重量和面积赝电容以及出色的循环稳定性。
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观点文章：高压锂金属电池中的氟化固态电解质界面（SEI）
二次电池极大地改变了我们的现代生活，同时对高能量密度的可充电电池提出了更高的要求。然而，锂枝晶在重复循环过程中引起的寿命有限和安全性问题严重阻碍了锂金属电池的应用。锂枝晶的形成和生长主要是由锂金属负极上不稳定的固体电解质界面（SEI膜）引起的。
因此，在锂金属负极上构建稳定的SEI有望促进锂金属电池的实际应用。氟化SEI是一种很有前途的固态电解质界面，它能够通过调节锂的沉积行为提高锂电池的稳定性和安全性。在本文中，清华大学的张强从这个角度出发，简要回顾了氟化SEI在高压锂金属电池中的基本概念和关键进展。最后，作者提出了在实际锂电池中进一步发展氟化SEI所面临的的挑战和可能的研究方向。
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作为固态电解质！
加州大学伯克利分校Omar M. Yaghi课题组通过将对位氨基官能化的多金属氧酸盐[N(C4H9)4]3[MnMo6O18{(OCH2)3CNH2}2]与4-甲酰基苯基甲烷四面体连接，通过亚胺缩合合成了新的三维金属有机骨架（MOF）。研究者以单晶X射线衍射研究了这个称为MOF-688的结构，发现其具有三重互穿的基于金刚石的dia拓扑结构。
其中，四丁基铵阳离子填充孔并平衡阴离子框架的电荷，它们可以与锂离子交换，以提供高的离子电导率（在20°C下为3.4×10-4 S cm-1），高锂离子迁移数（t Li+ = 0.87）和对金属锂的低界面电阻（353 Ω），使其非常适合用作固态电解质。使用MOF-688作为固体电解质构造的锂金属电池可以在室温下以约0.2 C的实际电流密度进行循环。
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: 发现新家庭-硫银锗矿 硫代锑酸盐-锂超离子导体
滑铁卢大学Linda F. Nazar课题组报道了一个新系列材料--硫银锗矿硫代锑酸盐锂超离子导体，通式 固溶体Li6+xMxSb1-xS5I（M = Si，Ge，Sn），其具有超离子导电性，这是迄今为止的第一批硫银锗矿硫代锑酸盐。研究者使用单晶X射线和同步中子粉末衍射技术结合阻抗谱对该系列材料进行探索，发现最佳取代度（x）和取代基会引起轻微的S2-/I-阴离子位点紊乱，更重要的是会导致Li+阳离子位点紊乱。
另外，离域的锂离子密度位于新的高能晶格位置，这些位置为Li+扩散提供间隙位置（局部最小值）并激活协同的离子迁移，从而导致0.25 eV的低活化能。冷压后室温离子电导率为14.8 mS∙cm-1；烧结后离子电导率高达24 mS∙cm-1，是迄今为止报道的最高值，可使全固态电池具有良好的性能。此外，即使在-78°C，电解质合适的体积离子电导率也得以保持（0.25 mS∙cm-1）。选定的硫代锑酸碘化物显示出与Li金属的良好相容性，在电流密度高达0.6 mA cm-2的条件下，可进行1000多次Li剥离/电镀。随着阳离子位点紊乱的增加，离子传导显著增强，活化能垒降低，这揭示了开发超离子导体的重要策略。
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，高安全性的纤维状Ni//Bi电池的制备
纤维形电池已在可穿戴电子，信息技术，物联网和公共卫生等许多重要领域中得到了广泛的研究。但是，当前的研究难点为高能量密度，高功率密度和高的安全性，这些都很大程度上限制它们更广泛的应用。近日，复旦大学彭慧胜课题组研发了通过分层的3D电极制备出一种新型的有优良电化学性能的纤维状Ni//Bi电池。在这一电池材料中，还原氧化石墨烯与Bi进行复合作为负极，还原氧化石墨烯与Ni进行复合作为正极。
这一纤维状Ni//Bi电池表现了高的能量密度（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次循环后仍保持96%的初始容量）。利用水性电解质时，此电池也表现出较高的安全性，并也可以应用到下一代柔性纺织品型电源系统中。这一研究为通过设计分层结构电极来研发高性能电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: 高能效无膜无流Zn-Br电池: 利用多溴化合物的电化学-化学生长
含水的Zn-Br电池(ZBBs)为储能系统提供了下一代有前途的高密度储能，并具有独特的成本效益，特别是在无膜和无流(MLFL)形式下。然而，它们通常会遭受腐蚀性溴成分扩散的影响，从而导致严重的自放电和容量衰减。近日，韩国科学技术院的Sang Ouk Kim和 Hee‐Tak Kim研究团队提出了一种利用石墨毡表面修饰的质子化吡啶氮掺杂微孔碳(NGF)将溴离子转化为多溴阴离子的MLFL-ZBB结构，从根本上解决了溴离子交叉的问题。NGF电极能有效地在微孔内的质子化氮掺杂位点捕获溴离子和多溴离子，并通过电化学-化学生长机制促进溴离子向多溴离子的有效转化。具有NGF的MLFL‐ZBBs在1000次充放电循环中表现出非凡的稳定性，能源效率超过80%，这是在无膜Zn-Br电池中最高的记录。该方法对原子设计的纳米结构电极进行合理的工程设计，为低成本、高电压、长寿命周期的水基混合Zn-Br电池提供了一个新的设计平台。
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
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