2019年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)?lì)C給了美國(guó)德州大學(xué)奧斯汀分校約翰·古迪納夫、美國(guó)紐約州立大學(xué)賓漢姆分校斯坦利·威廷漢和日本旭化成株式會(huì)社吉野彰三人，以表彰他們對(duì)鋰離子電池研發(fā)的卓越貢獻(xiàn)。

中美日韓德英等國(guó)都制定了各自的電池發(fā)展戰(zhàn)略,以期推動(dòng)電池原理的創(chuàng)新以及核心技術(shù)的開(kāi)發(fā),支撐當(dāng)代社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。我國(guó)鋰電研究者們?cè)趪?guó)家和社會(huì)的支持下,圍繞高效能量存儲(chǔ)這個(gè)不變的“初心”,持續(xù)開(kāi)展科學(xué)研究。

目前鋰電池領(lǐng)域主流研究方向仍聚焦在尋找更安全高效的負(fù)極材料。由筆者帶領(lǐng)的清華大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)從2013年開(kāi)始,在金屬鋰負(fù)極形核和無(wú)枝晶生長(zhǎng)領(lǐng)域開(kāi)展了原創(chuàng)性的科學(xué)研究。

研究發(fā)現(xiàn),在金屬鋰負(fù)極中添加具有親鋰性的摻氮碳骨架,讓電池中游離的鋰離子在充電初始,就像小蝌蚪找媽媽一樣,優(yōu)先奔向青蛙媽媽——摻氮位點(diǎn),在電池中形成均勻分布的金屬鋰“小團(tuán)體”;在充電過(guò)程中,“小蝌蚪和青蛙媽媽”的“小團(tuán)體”繼續(xù)“抱團(tuán)”。這種均勻沉積的行為可以避開(kāi)以往形核少而產(chǎn)生的金屬鋰枝晶生長(zhǎng)。

基于上述成果的論文2017年被化學(xué)領(lǐng)域頂級(jí)期刊《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》選為封面,今年還入選了由北京市科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)主辦的“北京地區(qū)廣受關(guān)注學(xué)術(shù)論文”評(píng)選活動(dòng)。研究團(tuán)隊(duì)在上述能源化學(xué)機(jī)理的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步設(shè)計(jì)了碳鋰復(fù)合負(fù)極。這些復(fù)合金屬鋰負(fù)極不僅避開(kāi)了“危險(xiǎn)的枝晶”,還表現(xiàn)出了優(yōu)異的電化學(xué)性能,有效提升了金屬鋰負(fù)極的利用效率和安全性,也為基于金屬鋰的二次電池提供了新的實(shí)用化探索思路和更廣闊的應(yīng)用前景。

除了鋰電池之外,采用鈉、鉀、鋁、鋅等離子并研發(fā)其能源化學(xué)新原理,也有望提出具有獨(dú)特性質(zhì)的新型儲(chǔ)能器件。除電化學(xué)儲(chǔ)能之外,采用其他能源存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)化方式以及新型能源載體,有望構(gòu)筑具有顛覆性的儲(chǔ)能技術(shù),滿足未來(lái)社會(huì)對(duì)于儲(chǔ)能設(shè)備的新需求。

下一代解決能源存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)化技術(shù)的突破,已經(jīng)在路上。