伴隨著電子產(chǎn)品對大眾日常生活的滲透，人們對于儲能電池的需求日益增長，也對提出電池更高的儲能和安全性要求。在各類體系中，金屬鋰是研究下一代電池負極材料的熱點對象，但是，目前金屬鋰負極在充放電過程中易形成針狀或樹枝狀的鋰枝晶，這會給電池體系帶來不可逆的容量損失，甚至可能會穿過隔膜而導(dǎo)致電池正負極內(nèi)部短路，埋下電池過熱自燃等安全隱患。科研工作者們?yōu)榻鉀Q這些重點問題從多角度進行了諸多嘗試，但收獲有限。近日，《德國應(yīng)用化學(xué)》（Angewandte Chemie International Edition）選取的一張中國傳統(tǒng)國畫封面，寓示著清華大學(xué)化工系張強課題組在金屬鋰負極形核和無枝晶生長領(lǐng)域取得了新進展。
封面圖傳達的正是張強課題組此次關(guān)于金屬鋰負極形核和無枝晶的核心思想：“親鋰位點定向形核”。國畫傳統(tǒng)水墨風(fēng)繪制出大家耳熟能詳?shù)?ldquo;小蝌蚪找媽媽”故事，而在化學(xué)版本的故事中，小蝌蚪通過“鋰”就能輕松找到青蛙媽媽，正如同在充電過程中，鋰離子以摻氮石墨烯為骨架，實現(xiàn)穩(wěn)定的、無枝晶的金屬鋰沉積：鋰離子優(yōu)先定位在導(dǎo)電親鋰的摻氮位點并沉積形成均勻、密集分布的金屬鋰形核點。在后續(xù)充電過程中，鋰離子將基于這些均勻、密集的形核點進行沉積，從而避免了普通銅箔上形核點過度分散造成的金屬鋰枝晶生長行為。這一新型金屬鋰負極結(jié)構(gòu)不僅實現(xiàn)了無枝晶的高安全性金屬鋰沉積特性，還表現(xiàn)出了優(yōu)異的電化學(xué)性能。
為抑制金屬鋰負極的枝晶生長，張強研究團隊加強與相關(guān)領(lǐng)域團隊的合作，通過與美國德雷塞爾大學(xué)的尤里·高果奇研究團隊、華中科技大學(xué)江建軍研究團隊的合作探究，提出納米金剛石共沉積策略來調(diào)控鋰離子的形核和沉積行為。
近年來，張強課題組在金屬鋰負極研究領(lǐng)域，通過原位手段研究固態(tài)電解質(zhì)面膜，采用納米骨架、人工固態(tài)電解質(zhì)界面膜、表面固態(tài)電解質(zhì)保護金屬鋰、調(diào)控金屬鋰的沉積行為、抑制鋰枝晶生長，實現(xiàn)金屬鋰的高效安全利用。其相關(guān)研究成果發(fā)表在《微尺度》（Small）、《美國化學(xué)學(xué)會·納米》（ACS Nano）、《化學(xué)評述》（Chemical Reviews）等眾多知名期刊上，并申請了一系列發(fā)明專利。張強課題組的研究被認為是在金屬鋰負極形核和無枝晶生長領(lǐng)域的取得的重要突破性進展。
