1. AM: 内置电场助力氧化铁纳米管阵列高效储钠性能
能够实现快速持久充放电的高功率钠离子电池有望成为当前锂离子电池的替代品。然而，常规钠离子电池负极材料的低反应活性和较差的稳定性为其实际应用设置了障碍。苏州大学李亮团队通过将表面硫化后的氧化铁设计为有序的纳米管阵列并将其用作钠离子电池的负极材料。由此形成的材料中存在着氧化物和硫化物异质结，异质结在材料内部形成电场，不仅降低了反应活化能而且显著提高了电荷转移动力学。
得益于这种内置电场和有序结构的协同作用，氧化铁纳米管阵列在5A/g的电流密度下循环200周后的容量保持率仍然高达91%，这超过了目前文献中报道的氧化铁储钠性能。此外，基于这种氧化铁纳米管阵列负极和Na0.67Mn0.67Ni0.23Mg0.1O2正极的全电池在功率密度为330W/kg的情况下其能量密度高达142Wh/kg。
Jiangfeng Ni, Liang Li et al, Highly Efficient Sodium Storage in Iron Oxide Nanotube Arrays Enabled by Built‐In Electric Field, Advanced Materials, 2019
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201902603?af=R
2. PNAS: 无损内外成像技术助力可充锂离子电池的快速诊断
与现代高能量密度可充电电池有关的安全风险问题使得对先进电池筛选技术的需求日益迫切。由于电化学材料的固有磁性，一个普通的可充电电池在均匀磁场下会产生一个特征场扰动。这种微扰模式取决于器件的设计、充电状态、累积的机械缺陷和制造缺陷等诸多因素。纽约大学Konstantin Romanenkoa和Alexej Jerschowa等发现磁共振成像对感应磁场的定量分析可以为无创电池的诊断提供依据。
磁共振成像畸变和快速信号衰减是大多数商业电池中所存在的强磁性成分所面临的主要挑战。他们发现这种现象可以通过使用T1增强的单点倾斜成像（SPRITE）来避免。由强背景梯度和涡流引起的图像伪影对该方法成像不会造成影响。这种具有良好的图像质量的SPRITE模式对商业锂离子电池中的缺陷和电荷分布状态非常敏感。
Konstantin Romanenkoa and Alexej Jerschowa et al, Distortion-free inside-out imaging for rapid diagnostics of rechargeable Li-ion cells, PNAS, 2019
https://www.pnas.org/content/early/2019/08/29/1906976116.short?rss=1
3. PNAS：PEO中盐与钙钛矿的键合助力高性能全固态电池
柔性低成本的PEO聚合物电解质凭借其与金属锂负极良好的界面相容性因而在全固态锂离子电池领域备受瞩目。然而，PEO的低离子电导率和严重的枝晶生长限制了其在高比能锂金属电池中的实际应用。德克萨斯大学奥斯汀分校J. B. Goodenough 等制备了一种在25℃和45℃下离子电导率分别为5.4×10-5S/cm和3.4×10-4S/cm的PEO/钙钛矿型Li3/8Sr7/16Ta3/4Zr1/4O3复合固态电解质。
在这种电解质中，TFSI-阴离子中的F-会与钙钛矿表面的Ta5+发生相互作用从而促进离子在PEO/钙钛矿界面上的传输。Li/复合电解质/Li对称电池在高达0.6mA/cm2的电流密度下能够表现出优异的循环稳定性。金属锂负极和固态电解质界面之间原位形成的固态电解质界面能够抑制锂枝晶的形成与生长。使用此种复合固态电解质的Li/LiFePO4电池和高压Li/NCM811电池均同时具备高库仑效率、小极化和良好的循环稳定性。
Henghui Xu, J. B. Goodenough et al, High-performance all-solid-state batteries enabled by salt bonding to perovskite in poly(ethylene oxide), PNAS, 2019
https://www.pnas.org/content/early/2019/08/28/1907507116.short?rss=1
4. Nat. Commun.：导电碳纳米纤维穿透石墨烯结构用于超稳定钠离子电池
长期的稳定性和大电流性能一直是钠离子电池面临的主要挑战。具有机械坚固性、化学稳定性、良好导电性网络的层状电活性材料可以有效地解决这些问题。有鉴于此，格里菲斯大学Shanqing Zhang，江南大学Tianxi Liu和江苏师范大学成Chao Lai等将碳纳米纤维垂直穿透石墨烯薄片，构建出了碳纳米纤维相互穿透的石墨烯材料。
然后原位生长二硫化钼纳米薄片，生成了二硫化钼@碳纳米纤维相互穿透的石墨烯结构。基于上述结构制备的钠离子电池具有优异的电化学性能和超高的稳定性，比容量达到598 mAh g−1，长期循环稳定性可达1000次，即使在10 A g−1高电流密度下，也具有优异的大电流性能。
Mingkai Liu, Peng Zhang, Zehua Qu, Yan Yan, Chao Lai, Tianxi Liu & Shanqing Zhang. Conductive carbon nanofiber interpenetrated graphene architecture for ultra-stable sodium ion battery. Nat. Commun.,2019
DOI：10.1038/s41467-019-11925-z
https://www.nature.com/articles/s41467-019-11925-z
5. Nat. Commun.：锰基层状结构中层状结构和尖晶石结构之间的可逆相变
层状结构向尖晶石结构的不可逆相变对于大多数层状结构阴极材料而言都是有害的。有鉴于此，韩国东国大学Yong-Mook Kang和成均馆大学的Won-Sub Yoon等报道了以NaxMnO2·yH2O为基本结构单元，不可逆的相变可以变成可逆相变。
研究发现，这种层状结构含有结晶水，有助于形成亚稳态尖晶石相和可逆的转化为层状结构。作者结合实验和理论计算阐明了可逆相变的机理，在电化学反应过程中，层状相和尖晶石状相之间的结晶水含量调节了相变的可逆性，从而激活了新的阳离子位点，增强了离子扩散动力学，提高了其结构稳定性。
Mi Ru Jo, Yunok Kim, Junghoon Yang, Mihee Jeong, Kyeongse Song, Yong-Il Kim, Jin-Myoung Lim, Maenghyo Cho, Jae-Hyun Shim, Young-Min Kim, Won-Sub Yoon & Yong-Mook Kang. Triggered reversible phase transformation between layered and spinel structure in manganese-based layered compounds. Nat. Commun.,2019
DOI：10.1038/s41467-019-11195-9
https://www.nature.com/articles/s41467-019-11195-9
6. 李玉良Angew：大面积，胺化石墨炔薄膜用于直接甲醇燃料电池
具有均匀人造纳米孔的二维（2D）碳纳米膜是最终抑制质子交换膜燃料电池中的燃料渗透的理想材料。石墨炔具有很高的机械强度，高尺寸稳定性和可控的纳米孔，并且具有发挥这一关键作用的光明前景。李玉良院士团队发现了具有氨基和天然纳米孔的石墨炔纳米膜可以容易地制备并具有高完整性。
由于其之间的酸碱相互作用，胺化的石墨炔与Nafion基质具有良好的相容性。石墨炔在选择性，尺寸稳定性和完整性方面的优异综合性能有效地改善了燃料电池在宽温下的动力性能和稳定性。该研究结果可以发展成为一种通用的方法，可以很容易地实现离子和小分子的选择性分离，为绿色能源的新兴应用开辟了一条新途径。
Large‐Area Aminated‐Graphdiyne Thin Film for Direct Methanol Fuel Cells, Angew, 2019
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201910588
7. AM: 阳离子排布调控的氧原子氧化还原助力高性能福利锰基正极材料
富锂锰基正极材料由于具有超过400Wh/kg的能量密度因而有助于构建新一代高比能锂离子电池。然而，由于缺乏对于富锂锰基正极材料中氧原子参与的氧化还原化学的深入了解，该材料的电压衰减成为一个难以解决的问题。南开大学陈军团队发现通过调控材料中的阳离子排布可以对氧参与的氧化还原过程进行控制。
他们发现具有Li/Ni无序和Li空位的材料能够抑制O-O二聚体的形成。O-O二聚体具有很高的反应活性能够加速晶格氧的析出和NiO/尖晶石相的形成。无二聚体O-O生成的材料在抑制氧的过氧化和过渡金属离子溶解等方面都表现出优异的性能。因此，优化后的富锂锰基正极材料在0.1C的电流密度下能够释放出280mAh/g的容量，在1C下循环150周后的平均放电电压高达3.58V且电压衰降只有1.6%。该项研究为设计具有稳定电化学性质的富锂锰基正极材料提供了新的思路。
Jicheng Zhang, Jun Chen et al, Tuning Oxygen Redox Chemistry in Li‐Rich Mn‐Based Layered Oxide Cathodes by Modulating Cation Arrangement, Advanced Materials, 2019
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201901808?af=R
8. JACS: 有序大孔微孔MOF单晶及其衍生物用于铝离子电池
构建有序的分级多孔结构同时保持其整体晶体结构是一项艰巨的挑战。华南理工大学Lei Zhang团队通过基于饱和溶液的双溶剂辅助策略成功实现了在3D有序大孔模板中生长MOF单晶，并精确控制了成核过程。所制备的单晶有序大孔微孔Co基MOF（SOM ZIF-67）表现出有序的大-微孔结构，具有明显的单晶性质。
此外，SOM ZIF-67可以通过简便的碳化-硒化处理得到3D有序大孔硒化钴@碳（3DOM CoSe2@C），并且可以很好地保留前体的3D有序大孔结构。其中，CoSe2纳米粒子可以均匀地限域在导电有序大孔碳骨架中，提供规则互连的微孔通道和大的表面积。用作铝离子电池正极材料时，有序的大孔结构不仅可以有效地促进大尺寸氯铝酸盐阴离子的扩散，而且还可以增加与电解质的接触面积并提供更多暴露的活性位点，从而表现出优异的可逆性，倍率容量（在5.0 A g-1时为86 mAh g-1）和循环性能（2.0 A g-1下1000次循环后为125 mAh g-1）。
Hu Hong, Jinlong Liu, Huawen Huang, Christian Atangana Etogo, Xianfeng Yang, Buyuan Guan, Lei Zhang, Ordered Macro-Microporous Metal-Organic Framework Single Crystals and Their Derivatives for Rechargeable Aluminum-Ion Batteries, J. Am. Chem. Soc.2019
DOI: 10.1021/jacs.9b06957
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.9b06957
9. Joule: 原位界面助力高可逆LiNiO2正极锂离子与锂金属电池
众所周知，正极材料是决定电池能量密度和电池成本的关键因素。不含Co元素的LiNiO2正极材料由于具有高理论能量密度和相对低的生产成本因而被视为实现高比能电池的关键材料。然而，持续的Ni溶解、结构畸变、颗粒裂缝以及不稳定的正极固态电解质界面严重限制了其实际应用。
美国马里兰大学的王春生与Xiulin Fan 等通过使用高度氟化的电解液以及LiBOB添加剂在LiNiO2正极表面构建了富含F和B元素的CEI膜。在高达4.4V的充放电截止窗口下LiNiO2在深度循环400周后的容量保持率高达80%。此外，该电解液在锂金属负极和石墨负极表面也能够形成富含F和B的SEI膜从而使得全电池也能够稳定循环。该工作强调了构建合适界面化学结构对于高比能正极材料的重要作用。
Tao Deng, Xiulin Fan, Chunsheng Wang et al, Designing In-Situ-Formed Interphases Enables Highly Reversible Cobalt-Free LiNiO2 Cathode for Li-ion and Li-metal Batteries, Joule
DOI: 10.1016/j.joule.2019.08.004
https://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(19)30379-4?rss=yes#
10. AEM: 共轴交织杂化锂金属负极助力长寿命锂金属电池
金属锂由于具有最高的理论比容量和最低的氧化还原电势因而被视为构建新一代高比能电池的不二之选。不幸的是，锂金属的实际应用受到枝晶生长造成的电池寿命短和安全隐患等问题的限制。清华大学张强团队提出了一种共轴交织复合锂金属负极来抑制枝晶生长并提升锂金属电池的循环寿命。这种复合锂负极是由金属锂结合的三维骨架构成的，其中三维骨架又由导电碳纳米管框架和修饰在表面的共轴亲锂层构成。
这种共轴交织结构为调控均匀锂沉积提供了较高的亲锂性，为离子电子传输提供了足够的通道，也使得锂沉积剥离的稳定性大大提升。因此，这种复合锂金属负极能够在半电池中保持长达750周的高库仑效率，在LiFePO4/Li全电池中循环100周后容量保持率也超过了80%。这种同轴交织混合锂金属负极展示了从亲锂改性到支架结构的多尺度设计策略。
Xiaoru Chen, Qiang Zhang et al, A Coaxial‐Interweaved Hybrid Lithium Metal Anode for Long‐Lifespan Lithium Metal Batteries, Advanced Energy Materials, 2019
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aenm.201901932?af=R
