近日，化學(xué)與化工學(xué)院張茂峰教授團(tuán)隊(duì)在鋰硫電池化學(xué)儲(chǔ)能領(lǐng)域取得新進(jìn)展。相關(guān)成果以題“Construction of Robust and Criss-Crossed LiOH Nanosheets on Lithium Metal Anodes for Stable Lithium–Sulfur Batteries”在材料領(lǐng)域國(guó)際知名期刊《Advanced Materials》上發(fā)表。新進(jìn)教師魏傳亮博士為論文第一作者，張茂峰教授和山東大學(xué)熊勝林教授（我校兼職教授）為論文共同通訊作者。合肥工業(yè)大學(xué)為論文第一通訊單位。
該研究首次提出了一種精準(zhǔn)的“結(jié)合水分子化學(xué)金屬鋰負(fù)極界面調(diào)控策略”。利用一水合乙二胺分子（C2H8N2·H2O）與金屬鋰負(fù)極的選擇性反應(yīng)在金屬鋰負(fù)極表面原位構(gòu)建了均勻、超薄、堅(jiān)固、縱橫交錯(cuò)且親鋰的LiOH納米片界面層。由于LiOH層的超低電導(dǎo)率和豐富的離子傳輸通道，鋰沉積發(fā)生在LiOH層下方，從而保護(hù)鋰金屬負(fù)極減少電解液的腐蝕。堅(jiān)固（14 GPa）且縱橫交錯(cuò)的LiOH納米片猶如堅(jiān)固的“鎧甲”能夠阻擋鋰枝晶的不可控生長(zhǎng)。具有親鋰性的LiOH層能夠均化電極表面的Li+分布，并降低界面處的Li+擴(kuò)散勢(shì)壘，促進(jìn)鋰的均勻沉積。在多功能LiOH層的調(diào)節(jié)下，鋰金屬負(fù)極的問(wèn)題得以解決。
當(dāng)用于鋰硫電池時(shí)，C2H8N2·H2O 改性的鋰（MLi）有效緩解了可溶性多硫化鋰的侵蝕，鋰金屬負(fù)極和電池性能均顯著提高。通過(guò)優(yōu)化電解液的成分、界面反應(yīng)時(shí)間、分子反應(yīng)器的種類(lèi)以及反應(yīng)工藝技術(shù)，電池的性能可得到進(jìn)一步提升。其它含結(jié)合水的分子可能具有相同的功能。此外，本研究提出的策略還可推廣至其它金屬負(fù)極（鈉、鉀、鎂、鋅等）。這些方面目前課題組正在進(jìn)行系統(tǒng)研究，為鋰金屬負(fù)極及其它金屬負(fù)極的改進(jìn)提供了新的啟示。
該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)超越傳統(tǒng)電池體系重大研究計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)聯(lián)合基金重點(diǎn)項(xiàng)目、安徽省自然科學(xué)面上項(xiàng)目、合肥工業(yè)大學(xué)青年教師科研創(chuàng)新啟動(dòng)專(zhuān)項(xiàng)等項(xiàng)目的聯(lián)合資助和合肥工業(yè)大學(xué)分析測(cè)試中心的大力支持。
近年來(lái)，研究團(tuán)隊(duì)一直圍繞微納尺度多功能新能源材料的設(shè)計(jì)與可控制備開(kāi)展基礎(chǔ)應(yīng)用研究，并將其應(yīng)用于堿金屬（鋰/鈉/鉀）、鋰硫、硅基等高能量密度新型二次電池體系，實(shí)現(xiàn)了能源的高效存儲(chǔ)與利用。近五年在Adv. Mater.、Sci. Bull.、Adv. Funct. Mater.、ACS Nano、Energy Storage Mater.等發(fā)表論文50余篇。相關(guān)研究成果為國(guó)家能源可持續(xù)發(fā)展提供了重要的科技支撐。
論文網(wǎng)址：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202514592
（張茂峰/文 魏傳亮/圖 李平/審核）
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