【原】电池最新研究进展，同一天在线发表2篇Angew！

2022年10月31日，Angewandte Chemie International Edition在线发表清华大学张强教授研究团队的电池最新研究成果。下面简要介绍这两篇文章。

1. 阴离子化学调节Li金属电池电解质还原稳定性!

2022年10月31日，清华大学张强教授、陈翔在Angewandte Chemie International Edition上以“The Anionic Chemistry in Regulating the Reductive Stability of Electrolytes for Lithium Metal Batteries”为题在线发表重要研究成果。研究团队结合计算和实验方法，探讨了调节电解质结构和稳定性的阴离子化学，进一步提出了构建稳定电解质的新策略。

先进的电解质设计对于构建高能量密度锂（Li）电池至关重要，将阴离子引入Li+溶剂化鞘层被广泛证明是一种有前途的策略。然而，对阴离子在此类电解质中的关键作用的基本理解非常缺乏。

在该研究中，作者结合多尺度模拟和实验表征，探讨了调节电解质还原稳定性的阴离子化学。根据最低未占分子轨道（LUMO）综合分析，Li+溶剂化鞘中的溶剂和阴离子分别表现出与自由对应物相比增强和降低的还原稳定性。此外，在单电子还原反应期间，与溶剂相比，阴离子优先接受电子，这导致阴离子还原电位的升高。

作者通过线性扫描伏安法（LSV）测试进一步验证了计算结果，即Li+溶剂化中的阴离子表现出比自由阴离子更高的还原电位。因此，由于阴离子的有利分解，形成了富含LiF的SEI，从而提供了有效的Li剥离/电镀。这些结果突出了阴离子化学通过促进阴离子还原和防止溶剂还原在调节电解质稳定性方面的重要作用，激发了构建稳定LMB的合理电解质设计的幻想和有前途的策略。

链接: Nan Yao, Shu-Yu Sun, Xiang Chen,* Xue-Qiang Zhang, Xin Shen, Zhong-Heng Fu, Rui Zhang, Qiang Zhang*, Angew. Chem. Int. Ed. 2022, e202210859, doi: 10.1002/anie.202210859

2. Li-S电池中硫还原反应的电催化模型!

锂硫（Li-S）电池因其理论能量密度高、成本低而被广泛认为是最有前途的储能系统之一。然而，放电期间从Li2S4到Li2S的缓慢还原动力学阻碍了Li-S电池的实际应用。尽管各种电催化剂来改善反应动力学，但由于硫还原反应（SRR）的复杂性，电催化机理尚不清楚。深入了解电催化机理对于设计先进的电催化剂至关重要。

在2022年10月31日，张强研究团队也在Angewandte Chemie International Edition上发表题为“An Electrocatalytic Model of the Sulfur Reduction Reaction in Lithium-Sulfur Batteries”的重要研究成果。研究团队以掺杂杂原子的碳材料为例，基于系统密度泛函理论（DFT）计算，构建了一个电催化模型，揭示了锂硫（Li-S）电池中SRR的化学机制（Li2S4→Li2S）。LiSy的吸附能∙（y＝1、2或3）自由基用作预测反应路径、速率决定步骤和过电位的关键描述符。

作者以杂原子掺杂的（O、N和B）GNR为例，考虑了每个锂多硫化物分子和自由基在电催化剂上的吸附，从中可以获得SRR过程的所有可能反应路径和相应的信息学。η，其定量描述为在LiSy的吸附过程中∙（y=1、2或3）个自由基（ΔGradical）的吉布斯自由能变化，用于确定SRR在工作电位下的速率决定步骤和能量势垒。最后，建立了η与ΔGradical值的关系图，以指导先进SRR电催化剂的设计。这项工作不仅为SRR的电催化机理提供了原子见解，而且为设计锂硫电池的高效电催化剂奠定了一般原则。

链接: Shuai Feng, Zhong-Heng Fu, Xiang Chen,* Bo-Quan Li, Hong-Jie Peng, Nan Yao, Xin Shen, Legeng Yu, Yu-Chen Gao, Rui Zhang, Qiang Zhang*, Angew. Chem. Int. Ed. 2022, e202211448, doi: 10.1002/anie.202211448

3. 用于锂（Li）金属电池的热稳定富聚合物固体电解质界面

还有在2022年10月24日，北京理工大学黄佳琦教授、清华大学张强教授和东南大学程新兵教授也在Angewandte Chemie International Edition上发表题为“Thermally Stable Polymer-Rich Solid Electrolyte Interphase for Safe Lithium Metal Pouch Cells”的重要研究成果。

锂（Li）金属对电解质的高反应性导致的严重安全风险严重阻碍了锂金属电池的实用性。研究人员通过引入独特的聚合位点和更多的氟化物替代物，在锂负极上构建了原位形成的富含聚合物的固体电解质界面，来提高电池的安全性。富氟和无氢聚合物表现出高的热稳定性，有效地减少了电解质和阳极/阴极之间的连续放热反应。1.0 Ah Li-LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2袋式电池的热安全临界温度可以从143.2℃提高到174.2℃。Li金属电池更危险的“点火”点，即电池热失控的起始温度，已从240.0℃急剧上升至338.0℃。这项工作为电解质设计提供了新的策略，旨在为高能量密度和热安全的锂金属电池铺平道路。

链接: Shi-Jie Yang, Nan Yao, Feng-Ni Jiang, Jin Xie, Shu-Yu Sun, Xiang Chen, Hong Yuan, Xin-Bing Cheng,* Jia-Qi Huang,* Qiang Zhang*, Angew. Chem. Int. Ed. 2022, e202214545, doi: 10.1002/anie.202214545

张强，清华大学长聘教授、博士生导师。曾获得国家自然科学基金杰出青年基金、教育部青年科学奖、中国青年科技奖、北京青年五四奖章、英国皇家学会Newton Advanced Fellowship、清华大学刘冰奖、国际电化学会议Tian Zhaowu奖。2017-2020年连续四年被评为“全球高被引科学家”。长期从事能源化学与能源材料的研究。

近年来，致力于将国家重大需求与基础研究相结合，面向能源存储和利用的重大需求，重点研究锂硫电池的原理和关键能源材料。提出了锂硫电池中的锂键化学、离子溶剂复合结构概念，并根据高能电池需求，研制出复合金属锂负极、碳硫复合正极等多种高性能能源材料，构筑了锂硫软包电池器件。这在储能相关领域得到应用，取得了显著的成效。在Adv. Mater., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem.等发表SCI收录论文200余篇，h因子112。授权发明专利40余项。所指导的研究生中，程新兵，彭翃杰，唐城，张学强，陈翔等获得清华大学学术新秀；李博权，张学强，元喆，王瀚森，钟玲，赵长欣等获得清华大学特等奖学金；陈筱薷，赵长欣等获得全国挑战杯特等奖。曾获得教育部自然科学一等奖、中国化工学会基础研究成果奖一等奖等学术奖励。