現有的使用石墨陽極和插層型氧化物陰極的鋰離子電池（LIB）的能量密度已接近理論極限（350 W h /kg）。但是，鋰金屬陽極的商業化面臨重大挑戰，包括：（i）由于易燃電解質中鋰枝晶生長不受控制而導致的嚴重安全風險和電池失效；（ii）與鋰金屬和電解質之間持續不可逆的反應有關的日歷壽命短；（iii）由于反復進行鍍覆/剝離而導致的固體-電解質界面（SEI）無限變形，導致庫侖效率（CE）低；（iv）由于氧化還原陰極釋放的反應性物質的損害而導致性能下降。近年來，市場上出現了高能鋰金屬電池對替代現有鋰離子電池的強烈需求。然而，在易燃有機液體電解質中涉及反應性極強的鋰金屬陽極的電池化學性質在電池性能和安全性方面提出了嚴重的問題。

　　大連理工大學王治宇教授與北京化工大學邱介山教授團隊報告了在準固態可充電電池設計中實現高能量和卓越安全性的方法，這種方法的原理是基于凝膠介電質電解質中Li2S陰極和Si陽極之間的無鋰金屬穩定氧化還原化學，其具有良好的界面特性、離子電導率和健壯性。 相關論文以題A quasi-solid-state rechargeable cell with high energy and superior safety enabled by stable redox chemistry of Li2S in gel electrolyte發表在頂刊Energy Environ. Sci.。

　　論文鏈接：

　　https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2021/EE/D0EE03037F　

　　通過消除電池中不受控制的放熱鏈反應，即使是在極端條件下，這種化學作用也可確保本質上較高的安全性。另一方面，設計了納米空間限制的雙功能電催化吸附劑，以最大程度地減小Li2S陰極在凝膠電解質中的擴散限制，同時通過多層空心設計來增強Si陽極。所獲得的準固態可充電Li2S || Si全電池在-20至60℃的溫度下具有高達802 W h/kgLi2S + Si的高比能，且具有高耐久性、低自放電性和良好的溫度適應性。同時，電池對機械損壞，過熱以及空氣或水中的短路表現出極好的安全性，為實際使用提供了很高的可靠性。

　　圖1.準固態h-CoN @ MCNF / Li2S || Si-NP @ MCNF電池的構型和優點的示意圖。

　　圖2.h-CoN @ MCNF / Li2S陰極的表征

　　圖3.半電池中h-CoN @ MCNF / Li2S陰極的電化學性能

　　圖4準固態h-CoN @ MCNF / Li2S || Si-NP @ MCNF全電池的電化學性能

　　圖5.準固態Li2S || Si全電池的安全性評估

　　圖6.DFT計算和CoN對Li­S陰極動力學的電催化作用的操作分析

　　總之，本文從無鋰金屬準固態電池設計的角度探討了生產高能和安全可充電電池的可行性。電極結構的多層空心設計同時適用于最大化其活性和耐用性。結合的密度泛函理論計算和操作分析揭示了CoN作為雙功能電催化吸附劑在提高納米空間限制的Li2S /導體/電解質界面上的氧化還原動力學方面的關鍵作用和積極作用。穩定的電池化學性能和堅固的電池配置的良好結合，使準固態可充電電池具有較高的比能、出色的溫度適應性和出色的安全性，這可防止電池出現機械損壞、過熱以及空氣和水的短路。這項研究可以為高性能電源的開發提供新的見解，從而滿足對能源和可靠性的迫切需求。（文：SSC）