伴隨著電子產(chǎn)品對(duì)大眾日常生活的滲透，人們對(duì)于儲(chǔ)能電池的需求日益增長(zhǎng)，也對(duì)提出電池更高的儲(chǔ)能和安全性要求。在各類(lèi)體系中，金屬鋰是研究下一代電池負(fù)極材料的熱點(diǎn)對(duì)象，但是，目前金屬鋰負(fù)極在充放電過(guò)程中易形成針狀或樹(shù)枝狀的鋰枝晶，這會(huì)給電池體系帶來(lái)不可逆的容量損失，甚至可能會(huì)穿過(guò)隔膜而導(dǎo)致電池正負(fù)極內(nèi)部短路，埋下電池過(guò)熱自燃等安全隱患。科研工作者們?yōu)榻鉀Q這些重點(diǎn)問(wèn)題從多角度進(jìn)行了諸多嘗試，但收獲有限。近日，《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》（Angewandte Chemie International Edition）選取的一張中國(guó)傳統(tǒng)國(guó)畫(huà)封面，寓示著清華大學(xué)化工系張強(qiáng)課題組在金屬鋰負(fù)極形核和無(wú)枝晶生長(zhǎng)領(lǐng)域取得了新進(jìn)展。
封面圖傳達(dá)的正是張強(qiáng)課題組此次關(guān)于金屬鋰負(fù)極形核和無(wú)枝晶的核心思想：“親鋰位點(diǎn)定向形核”。國(guó)畫(huà)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(guò)“鋰”就能輕松找到青蛙媽媽?zhuān)缤诔潆娺^(guò)程中，鋰離子以摻氮石墨烯為骨架，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的、無(wú)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(diǎn)并沉積形成均勻、密集分布的金屬鋰形核點(diǎn)。在后續(xù)充電過(guò)程中，鋰離子將基于這些均勻、密集的形核點(diǎn)進(jìn)行沉積，從而避免了普通銅箔上形核點(diǎn)過(guò)度分散造成的金屬鋰枝晶生長(zhǎng)行為。這一新型金屬鋰負(fù)極結(jié)構(gòu)不僅實(shí)現(xiàn)了無(wú)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(fù)極的枝晶生長(zhǎng)，張強(qiáng)研究團(tuán)隊(duì)加強(qiáng)與相關(guān)領(lǐng)域團(tuán)隊(duì)的合作，通過(guò)與美國(guó)德雷塞爾大學(xué)的尤里·高果奇研究團(tuán)隊(duì)、華中科技大學(xué)江建軍研究團(tuán)隊(duì)的合作探究，提出納米金剛石共沉積策略來(lái)調(diào)控鋰離子的形核和沉積行為。
近年來(lái)，張強(qiáng)課題組在金屬鋰負(fù)極研究領(lǐng)域，通過(guò)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(hù)金屬鋰、調(diào)控金屬鋰的沉積行為、抑制鋰枝晶生長(zhǎng)，實(shí)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(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)·納米》（ACS Nano）、《化學(xué)評(píng)述》（Chemical Reviews）等眾多知名期刊上，并申請(qǐng)了一系列發(fā)明專(zhuān)利。張強(qiáng)課題組的研究被認(rèn)為是在金屬鋰負(fù)極形核和無(wú)枝晶生長(zhǎng)領(lǐng)域的取得的重要突破性進(jìn)展。
