華南師范大學化學學院教授蘭亞乾團隊成員、副研究員臧應與華中科技大學教授黃云輝團隊成員、副研究員裴非在國家自然科學基金等項目的資助下，在高能鋰金屬電池人工SEI領域取得重要研究進展。相關成果近日發表于《國家科學評論（英文版）》（National Science Review）。
論文第一作者臧應表示，便攜式電子設備和電動汽車技術的發展提升了對高能量密度儲能系統的巨大需求。鋰金屬電池具有理論容量高（3860 mAh g-1）和氧化還原電位低（3.04 V vsSHE）的特點，被認為是滿足日益增長的高能量密度儲能設備需求的最有吸引力的候選電池種類之一。遺憾的是，由于固態電解質層穩定性差以及鋰枝晶的生長不受控制，鋰金屬電池的容量極具衰減，且存在潛在的安全隱患，進而限制了鋰金屬電池的商業化發展。
蘭亞乾和黃云輝團隊共同開發了一種通過無熱解的路線合成含有不同金屬單原子的二維共軛酞菁框架（MSAs-CPF, M = Fe, Co, Ni, Cu），金屬單原子被有效地穩定在超薄的二維結構中，保證了更高的原子利用率，同時提供了高效的電荷轉移途徑。金屬位點的路易斯酸活性和氰基的強吸電子性可以促進大量的電荷轉移到CPFs骨架上，從而有效地增強了對鋰離子的吸附，抑制了鋰枝晶的生長。
使用CoSAs-CPF改性鋰||鋰對稱電池在3500小時內表現出低極化，面積容量為1.0 mAh cm-2。NCM811〡CoSAs-CPF@Li電池在負載量為10 mg cm-2和20 mg cm-2時的穩定循環壽命分別為800圈和450圈，表現出優異的活性及穩定性。此外，MSAs-CPF組裝的軟包電池也展現出出色的工作壽命和更高的容量保持率。
據介紹，CoSAs-CPF修飾的人工SEI具有均勻分布的路易斯酸位點、優異的電子吸收特性、良好的電荷轉移能力，在鋰金屬充放電過程中對鋰離子展現出高效吸附活性、有效地抑制了鋰枝晶生長，進而確保了優異容量保持率及循環穩定性，是構建高性能鋰金屬電池的理想平臺，對高能鋰金屬電池的構筑具有指導意義。
相關論文信息：https://doi.org/10.1093/nsr/nwae443
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