在不影響電池質(zhì)量和體積的情況下，制造具有巧妙控制的電荷和質(zhì)量傳輸通道的卓越的人工夾層，對(duì)于實(shí)用的鋰金屬電池（LMB）仍具有挑戰(zhàn)性。

在此，西安交通大學(xué)丁書(shū)江教授、陜西師范大學(xué)楊鵬教授等人受Brasenia schreberi（一種天然水生植物，具有獨(dú)特的多糖生物通道來(lái)潤(rùn)滑H₂O運(yùn)輸）的啟發(fā)，提出了一種超薄（137 nm）和超輕（0.1 mg cm^-2）的自潤(rùn)滑離子封閉人工層（SLIC）來(lái)改善LMB的電荷/質(zhì)量運(yùn)輸。

采用大規(guī)模的可行性卷對(duì)卷技術(shù)加上相變?nèi)芫福≒TL）的自組裝構(gòu)建了靈活和經(jīng)濟(jì)的SLIC。

圖1. SLIC的作用機(jī)制

動(dòng)力學(xué)分析、DFT理論計(jì)算和COMSOL模擬表明，PTL-SLIC由于其豐富的極性官能團(tuán)和獨(dú)特的微孔通道促進(jìn)了電荷轉(zhuǎn)移和Li+傳輸。SLIC形成含LiF的有機(jī)/無(wú)機(jī)混合SEI具有高楊氏模量阻礙了鋰枝晶生長(zhǎng)。

此外，由于SLIC內(nèi)的加速電荷/質(zhì)量傳輸，Li電鍍和剝離行為也得到了很好的調(diào)節(jié)，即使在5 mA cm^?2的高電流密度和10 mAh cm^?2容量密度下，Li||Cu電池也表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性，并且與不同電解質(zhì)（醚類(lèi)和酯類(lèi)）具有兼容性。

特別地，SLIC改性的Cu可以在低成本的環(huán)境條件下，通過(guò)大規(guī)模的卷對(duì)卷技術(shù)結(jié)合自制設(shè)備中的自組裝過(guò)程不斷生產(chǎn)。

因此，這種生物質(zhì)材料設(shè)計(jì)理念為解決鋰枝晶問(wèn)題開(kāi)辟了一個(gè)可擴(kuò)展、經(jīng)濟(jì)、 和環(huán)保的方向同時(shí)促進(jìn)了天然生物材料在儲(chǔ)能領(lǐng)域的應(yīng)用。

圖2. P-Cu電池的電化學(xué)性能

Ultra-thin and ultra-light self-lubricating layer with accelerated dynamics for anode-free lithium metal batteries, Energy Storage Materials 2023 DOI: 10.1016/j.ensm.2023.03.017