清華北大相繼發布固態電池研究成果

選擇性氟代芳香鋰鹽用于全固態電池的溶劑化結構和界面化學調控

近日，清華大學化工系劉凱團隊報道了一類不對稱鋰鹽：選擇性氟化芳香型鋰鹽，用于調節聚合物電解質中的溶劑化結構和界面化學行為。通過改造陰離子的結構，減弱鋰離子與聚合物鏈的耦合，增強鋰離子與陰離子的配位。同時陰離子與聚合物之間的氫鍵促使形成了一種“三聯體”溶劑化結構，提高了電解質的均勻性和機械強度，誘導生成了富含Li₂O的超薄界面層。該分子工程策略有望促進高性能全固態鋰金屬電池的進一步發展。

論文第一作者為清華大學化工系2020級博士生閆帥帥，通訊作者為清華大學化工系劉凱副教授。該研究工作得到了北京市自然科學基金、國家自然科學基金的支持。相關成果以“Selectively fluorinated aromatic lithium salts regulate the solvation structure and interfacial chemistry for all-solid-state batteries”為題發表在學術期刊《Science Advances》上。

劉凱，清華大學化工系副教授、特別研究員、博士生導師。2005-2009年吉林大學化學學院本科，2009-2014年清華大學化學系博士（導師：張希教授），2014-2019年斯坦福大學博士后（合作導師：崔屹教授），2019年7月初入職。曾入選第十五批海外高層次人才引進計劃，獲《麻省理工科技評論》 “35歲以下科技創新35人”（TR35）中國榜單，《麻省理工科技評論》全球青年科技創新獎，瑞士Dinitris N. Chorafas青年研究獎（全球每年遴選30人）、清華大學學術新秀等多項獎勵。擔任北京膜學會第八屆理事，中國航天科技集團功能膜材料技術中心學術委員會委員，《SmartMat》、《高等學校化學學報》、《Chinese Chemical Letters》青年編委，《膜科學與技術》、《Trans Tianjin University》通訊編委。2019年入職以來，以通訊作者身份在國際知名學術期刊（如Nature Energy、Nature Communications、Angew、Advanced Materials、ACS Nano,Nano Letters等）發表論文30余篇。研究成果多次被Science、Nature Materials、NPG Asia Materials等學術刊物撰專文Highlight和報道，同時也被CNN、BBC和科技日報等媒介報道?？偙灰?1000多次，h-指數為73。

具有調控相間氧化還原的固態硫正極全固態鋰硫電池

近日，北京大學材料科學與工程學院龐全全團隊提出了一種調控固態正極電解質氧化還原行為的方案，目標是通過實現界面動態穩定性，進而穩定硫的固-固氧化還原（SSSR）主反應。與傳統的通過外部抑制固態正極電解質分解的策略不同，通過將WS₂引入玻璃-陶瓷相的Li₆PS₅I（LPSI）中，作者合成了一種新型Li_6.2P_0.8W_0.2S₅I（LPWSI）電解質作為正極電解質，其離子電導率高達1.2 mS cm^-1。在首次充電時，LPWSI正極電解質在與活性材料接觸后會經歷初級分解并形成界面層。除了形成S⁰、硫代磷酸鹽和LiI外，界面中還包含WS₂，它提供了豐富的界面內Li⁺傳輸路徑，從而提高了硫代磷酸鹽氧化還原反應的可逆性。因此，基于LPWSI正極電解質的全固態鋰硫電池表現出優異的電化學性能。

論文的第一作者為北京大學博士研究生沈凱爾，通訊作者為北京大學龐全全研究員。相關成果以“Solid Catholyte with Regulated Interphase Redox for All-Solid-State Lithium-Sulfur Batteries”為題發表在學術期刊《Advanced Materials》上。

龐全全，北京大學材料科學與工程學院研究員，博士生導師。2020、2021、2023、2024年科睿唯安交叉學科高被引科學家，2022年、2023年“斯坦福大學”全球2%頂尖科學家。獲海外高層次人才計劃青年項目，十四五重點研發計劃“新能源汽車”重點專項青年首席科學家，主持國家“十三五”重點研發計劃“政府間合作”重點專項目、基金委重大研究計劃培育項目等。以第一/通訊作者在Nature（2篇）、Nat. Energy （2篇）、Joule（4篇）、Nat. Commun.（4篇）、JACS、PNAS、Adv. Mater.（4篇）、Angew. Chem.（4篇）等雜志發表多篇論文，多篇入選ESI熱點論文和高被引論文，擔任EcoMat、Rare Metal、Energy Materials Advance、Carbon Energy等雜志青年編委。

參考來源：

Science Advances、Advanced Materials、清華大學、北京大學

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