金屬鋰因其具有超高的理論比容量和最低的電極電勢，被認為是構(gòu)建高比能電池電極的圣杯材料。和現(xiàn)有商業(yè)化的鋰電池相比，基于金屬鋰為負極的鋰金屬電池（LMBs）極大提高了電池的理論能量密度，展現(xiàn)出滿足新興行業(yè)關(guān)于高能量密度需求的巨大潛力。

近日，清華大學教授張強、北京林業(yè)大學教授袁同琦、北京理工大學研究員黃佳琦聯(lián)合倫敦帝國理工學院教授瑪麗亞瑪格達萊娜蒂蒂里奇，在MaterialsTodayNano上發(fā)表綜述文章，在加深對鋰負極化學理解的基礎上，介紹了基于生物質(zhì)納米材料的鋰金屬負極保護策略的最新研究成果，并對未來的發(fā)展方向進行了展望。

研究人員表示，金屬鋰負極存在的鋰枝晶生長不可控、界面SEI膜不穩(wěn)定等問題限制了鋰金屬電池的商業(yè)化進程。天然生物材料具有低成本、環(huán)境友好、結(jié)構(gòu)豐富等優(yōu)勢，且其衍生的納米材料能很好地繼承天然材料的優(yōu)異特性，在穩(wěn)定界面SEI及調(diào)控負極鋰枝晶生長方面具有很大的應用潛力。

文章指出，人工保護層天然生物質(zhì)高聚物膜具有較高的機械強度以及豐富的官能團等物理化學特性，在構(gòu)筑人工保護層方面具有優(yōu)勢。一方面可以通過天然聚合物高機械模量來抑制枝晶的生長；另一方面，也可以利用聚合物骨架中豐富的極性官能團來調(diào)控鋰離子的均勻沉積。

隔膜生物大分子則具有豐富的孔結(jié)構(gòu)和表面極性官能團，被廣泛用來對傳統(tǒng)隔膜修飾改性或設計生物質(zhì)基新型隔膜，以提高隔膜的潤濕性和離子通量，實現(xiàn)鋰離子的高效電化學沉積。

而聚合物電解質(zhì)天然生物聚合物具有豐富的化學基團、較高的機械彈性和化學穩(wěn)定性，可以通過物理化學交聯(lián)或作為聚合物電解質(zhì)載體，以提高聚合物電解質(zhì)的機械性能和離子電導率，從而獲得高效穩(wěn)定的鋰負極界面。

功能骨架天然生物材料衍生的納米碳材料則具有豐富多孔結(jié)構(gòu)、高導電性能和結(jié)構(gòu)多樣化等優(yōu)勢，在構(gòu)建功能性骨架或鋰金屬負極宿主等方面具有重要的應用前景。

該綜述在可持續(xù)的天然生物質(zhì)材料和鋰金屬負極保護之間搭建了一座橋梁，推進生物質(zhì)納米材料在高能量密度LMBs和其他先進儲能系統(tǒng)中的應用。

據(jù)了解，張強團隊在能源材料化學領(lǐng)域，尤其是金屬鋰負極、鋰硫電池和電催化方向，已經(jīng)開展了眾多引領(lǐng)性的研究工作。在金屬鋰負極領(lǐng)域，該團隊利用原位方法研究固液界面膜，并通過納米骨架、人工SEI、表面固態(tài)電解質(zhì)保護膜等手段調(diào)控金屬鋰的沉積行為，抑制鋰枝晶的生長，實現(xiàn)金屬鋰的高效安全利用。相關(guān)研究工作已發(fā)表于《德國應用化學》《美國化學會志》《先進功能材料》《美國科學院院報》等多個期刊。