2019年诺贝尔化学奖颁发了美国德州大学奥斯汀分校约翰·古代迪纳夫、美国纽约州立大学宾汉姆分校斯坦利·威廷汉和日本旭化为株式会社吉野彰三人，以表扬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订了各自的电池发展战略,以期推展电池原理的创意以及核心技术的研发,承托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反对下,环绕高效能量存储这个恒定的“初心”,持续积极开展科学研究。
目前锂电池领域主流研究方向仍探讨在找寻更加安全性高效的负极材料。由笔者率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积极开展了原创性的科学研究。研究找到,在金属锂负极中加到具备内亲锂性的掺入氮碳骨架,让电池中游离的锂离子在电池初始,就像小蝌蚪去找妈妈一样,优先奔向青蛙妈妈——掺氮位点,在电池中构成均匀分布的金属锂“小团体”;在电池过程中,“小蝌蚪和青蛙妈妈”的“小团体”之后“抱团”。
这种均匀分布沉积的不道德可以避免以往形核较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,今年还选入了由北京市科学技术协会主办的“北京地区甚广不受注目学术论文”评选活动。
研究团队在上述能源化学机理的基础上,更进一步设计了碳锂填充负极。这些填充金属锂负极不仅避免了“危险性的枝晶”,还展现出出有了出色的电化学性能,有效地提高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获取了新的实用化探寻思路和更加辽阔的应用于前景。除了锂电池之外,使用钠、钾、铝、锌等离子并研发其能源化学新的原理,也未来将会明确提出具备独有性质的新型储能器件。
除电化学储能之外,使用其他能源存储和转化成方式以及新型能源载体,未来将会构筑具备颠覆性的储能技术,符合未来社会对于储能设备的新市场需求。下一代解决问题能源存储与转化成技术的突破,早已在路上。
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