工学院郭少军课题组提出“蚁穴”结构固态电解质克制锂枝晶新方法

近日，能源和环境科学领域国际顶级刊物Energy & Environmental Science（影响因子=29.518）刊登了北京大学工学院郭少军课题组和北京理工大学陈人杰课题组（共同通信）的论文“Biomimetic ant-nest ionogel electrolyte boosts the performance of dendrite-free lithium batteries”。

金属锂电池是最有盼望的下一代高能量密度的电化学储存设备之一。然而，金属锂负极在反复充/放电过程中易产生不可控的锂枝晶，从而刺穿隔膜，导致循环寿命短和紧张的安全题目。此外，金属锂负极在现实应用中还存在库伦服从低的题目。对电解质进行合理的设计，可以有用解决这些关键题目。

图1：蚁穴离子凝胶电解质中Li⁺传输通道示意图

郭少军课题组通过借鉴天然界中蚁穴结构能够快速交换空气的特点，设计出了一种有特别官能团修饰的SiO₂为骨架的离子凝胶电解质（图1）。这种仿生离子凝胶电解质具有快速传输Li⁺的能力，而且能够在金属锂负极外观自觉地形成颗粒富集层，从而有用地克制锂枝晶的生长（图2）。组装成的三元电池具有约390Wh/kg的能量密度，钛酸锂电池稳固循环3000次，库伦服从高达99.8%。该成果为行使仿生概念设计高性能的金属锂电池提供了一种新思路。

图2：a 天然界中蚁穴的照片；b 特别官能团修饰的SiO₂骨架的SEM形貌图；c 蚁穴离子凝胶电解质合成机理；d 蚁穴离子凝胶电解质的光学照片

论文第一作者是工学院博士后陈楠。该研究得到了科技部重点研发计划、国家天然科学基金面上基金、中国博士后科学基金和青年千人计划支撑。

编辑：山石