吴忠帅课题组《德国应用化学》：提出二维异质结构保护锂金属负极新策略

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中国科学院大连化学物理研究所二维材料与能源器件研究组吴忠帅团队与低碳催化与工程研究部刘中民、叶茂团队合作，提出了一种二维介孔异质结构双功能锂离子再分配新策略，获得高稳定、高容量且无枝晶的金属锂负极。

　　全球化石能源危机的不断加剧引起了科研人员对清洁能源的日益关注和广泛研究，其中开发高能量密度电池，推动长续航电动汽车的发展是倡导清洁能源、共建绿色出行的重要途径之一。锂金属电池因金属锂负极具有高理论比容量（3860 mAh/g）和低氧化还原电压（-3.04 V vs. SHE）而被认为是下一代高能量电池。但是，金属锂负极存在严重的锂枝晶，且循环性能差，库伦效率低，有安全性问题，严重阻碍了锂金属电池的广泛应用。因此，如何通过设计合理的结构，调控锂离子沉积行为，实现均匀的锂沉积，并延长其循环寿命是目前锂金属电池应用研究的主要瓶颈之一。
　　为了解决这个难题，吴忠帅团队提出了一种二维介孔异质结构双功能锂离子再分配新策略，设计并制备出二维介孔聚吡咯-氧化石墨烯异质结新材料，利用二维介孔聚吡咯层的锂离子有序通道和缺陷氧化石墨烯的纳米筛的协同作用，实现了均匀的锂离子分布，有效降低了电流密度，从而获得了高稳定、高容量且无枝晶的锂金属负极。锂对称电池(mPPy-GO-Li//mPPy-GO-Li)在高达1000次循环（2000 h）中保持高的库伦效率（98%），在高电流密度（10 Ma/cm2）下具有平坦的电压（70 mV）曲线，且无锂枝晶生成。刘中民、叶茂团队提供了电场模拟计算支持，证明了该二维异质结构可以有效地使不稳定的电流波动均匀化。以该负极组装的锂/钴酸锂全电池表现出了优异的倍率和循环稳定性能。该工作为构建安全性好、比能高、寿命长的锂金属电池的二维异质结构提供了新思路。
　　相关研究成果发表在《德国应用化学》（Angew. Chem. Int. Ed.）上。上述工作得到国家重点研发计划项目、两所融合基金项目、中科院洁净能源创新研究院合作基金项目等的资助。
       文章来源：大连化物所
       吴忠帅，男，汉族，1981年生于大连庄河。中共党员，博士，中国科学院大连化学物理研究所研究员，国家“青年##计划”。2004年和2007年在辽宁大学化学院分获理学学士和硕士学位；2011年在中科院金属研究所获工学博士学位，师从成会明院士和任文才研究员；2011年7月至2015年6月在德国马普高分子研究所从事博士后研究工作，合作导师著名化学家Klaus Müllen教授和冯新亮教授。2015年6月至今，中科院大连化学物理研究所工作，被聘为研究员、 “二维材料与能源器件（DNL21T3）”研究组组长。曾获得2011年度“中国科学院院长特别奖”，2012年度“中国科学院优秀博士学位论文”，2013年获得“Distinguished Winner of the Carbon Journal Prize 2013”（国际碳材料杰出青年科学家奖）,入选2014年国家第十一批“##计划”青年人才，2015年获得《Carbon》国际杂志2013/2014年优秀审稿人奖“Excellence in Review Award”等。同时，长期应邀作为审稿人或Adjudicative Reviewer评审Chem.Soc.Rev.、J.Am.Chem.Soc、Adv.Mater.、Energy Environ.Sci.、Sci.Rep.、Small、Chem.Mater.、Carbon、Chem.Commun.、J.Mater.Chem. A、ChemSusChem、Nanoscale、Nano Res、ACS Appl. Mat. Interfaces、Electrochem.Commun.等杂志上论文320余篇。
      刘中民，男，汉族，1964年生于河南省。理学博士，研究员，博士生导师，第十三届全国政协委员，大连市政协第十三届委员会副主席，民盟大连市第十四届委员会主任委员。现任中国科学院大连化学物理研究所所长、甲醇制烯烃国家工程实验室主任、国家能源低碳催化与工程研发中心主任。2015年当选为中国工程院院士。刘中民长期从事应用催化研究。作为技术总负责人合作完成了多项创新成果并实现产业化。完成了世界首次甲醇制烯烃（DMTO）技术工业性试验及首次工业化，DMTO技术已实现技术实施许可1313万吨烯烃/年，已投产646万吨烯烃/年；完成了世界首套10万吨/年煤基乙醇工业示范项目，引领了我国新兴煤制大宗化学品和清洁燃料产业的发展。刘中民荣获国家技术发明一等奖等十余项省部级以上科技奖励，何梁何利基金科学与技术创新奖等多项个人科技奖励，是国家五一劳动奖章获得者，新世纪百千万人才工程国家级人选。他领导的研究集体获得中国科学院杰出成就奖，甲醇制烯烃国家工程实验室入选国家创新人才推进计划重点领域创新团队。
      叶茂，中科院大连化学物理研究所研究员、博士生导师、催化新过程开发与放大研究组组长。2000年获东南大学工学博士，2000-2006年先后在荷兰Twente大学和Eindhoven技术大学工作，2006-2009年在壳牌石油公司从事催化裂化技术开发工作。目前在大连化物所甲醇制烯烃国家工程实验室工作，主要围绕国家在煤化工和石油化工领域的需求，开展催化过程开发及反应器放大研究。先后参加了甲醇制烯烃DMTO技术和DMTO-II技术的工业化，负责完成了甲醇制丙烯流化床DMTP技术和甲醇甲苯制对二甲苯联产烯烃流化床技术的开发。主持国家重点研发计划、中科院战略先导专项、国家自然科学基金重大研究计划重点项目、英国BP公司国际合作项目等10余项课题。申请专利100余件（其中国际专利70余件），在AIChEJournal等国际刊物上发表学术论文60余篇。曾获全国百篇优秀博士论文提名论文、中国科学院杰出成就奖、中国石油和化学工业联合会科技进步奖特等奖。入选中国科学院“百人计划”、英国皇家学会牛顿高级学者、大连化物所张大煜优秀学者，及国家“万人计划”科技创新领军人才。