2019年诺贝尔化学奖颁给了美国德州大学奥斯汀分校约翰·古迪纳夫、美国纽约州立大学宾汉姆分校斯坦利·威廷汉和日本旭化成株式会社吉野彰三人，以表彰他们对锂离子电池研发的卓越贡献。
中美日韩德英等国都制定了各自的电池发展战略,以期推动电池原理的创新以及核心技术的开发,支撑当代社会的可持续发展。我国锂电研究者们在国家和社会的支持下,围绕高效能量存储这个不变的“初心”,持续开展科学研究。
目前锂电池领域主流研究方向仍聚焦在寻找更安全高效的负极材料。由笔者带领的清华大学研究团队从2013年开始,在金属锂负极形核和无枝晶生长领域开展了原创性的科学研究。
研究发现,在金属锂负极中添加具有亲锂性的掺氮碳骨架,让电池中游离的锂离子在充电初始,就像小蝌蚪找妈妈一样,优先奔向青蛙妈妈——掺氮位点,在电池中形成均匀分布的金属锂“小团体”;在充电过程中,“小蝌蚪和青蛙妈妈”的“小团体”继续“抱团”。这种均匀沉积的行为可以避开以往形核少而产生的金属锂枝晶生长。
基于上述成果的论文2017年被化学领域顶级期刊《德国应用化学》选为封面,今年还入选了由北京市科学技术协会主办的“北京地区广受关注学术论文”评选活动。研究团队在上述能源化学机理的基础上,进一步设计了碳锂复合负极。这些复合金属锂负极不仅避开了“危险的枝晶”,还表现出了优异的电化学性能,有效提升了金属锂负极的利用效率和安全性,也为基于金属锂的二次电池提供了新的实用化探索思路和更广阔的应用前景。
除了锂电池之外,采用钠、钾、铝、锌等离子并研发其能源化学新原理,也有望提出具有独特性质的新型储能器件。除电化学储能之外,采用其他能源存储和转化方式以及新型能源载体,有望构筑具有颠覆性的储能技术,满足未来社会对于储能设备的新需求。
下一代解决能源存储与转化技术的突破,已经在路上。
