麥立強(qiáng)，首席教授、博士生導(dǎo)師，國(guó)家“杰出青年基金”獲得者，萬(wàn)人計(jì)劃領(lǐng)軍人才，國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“納米科技”重點(diǎn)專項(xiàng)總體專家組成員，武漢理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院院長(zhǎng)。針對(duì)我國(guó)新能源電動(dòng)汽車(chē)、智能電網(wǎng)等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的迫切與重大需求，在高性能儲(chǔ)能器件關(guān)鍵材料研究基礎(chǔ)上，1）設(shè)計(jì)組裝了國(guó)際上第一個(gè)單根納米線全固態(tài)電化學(xué)儲(chǔ)能器件，創(chuàng)建了單納米基元電池器件原位表征材料電化學(xué)過(guò)程的普適新模型；2）提出金屬離子預(yù)嵌入優(yōu)化策略，并進(jìn)一步提出了電子傳導(dǎo)/離子擴(kuò)散雙連續(xù)的科學(xué)原理，解決了長(zhǎng)期制約儲(chǔ)能器件發(fā)展的能量密度和功率密度難以兼顧的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題；3）突破了納米材料規(guī)?；苽涞年P(guān)鍵技術(shù)，率先實(shí)現(xiàn)了新一代高性能納米線電池的規(guī)?；苽浜蛻?yīng)用。發(fā)表SCI論文300余篇，包括Nature 1篇、Nature Nanotechnol 2篇、Chem Rev 3篇、Chem Soc Rev 2篇、Nature Commun 9篇、Adv Mater 17篇、Nano Lett 26篇、Joule 2篇、Chem 2 篇、Acc Chem Res 1篇、PNAS 3篇、J Am Chem Soc 4篇和Energy Environ Sci 2篇，以第一或通訊作者在影響因子10.0以上的期刊發(fā)表論文100余篇，ESI高被引論文55篇，ESI 0.1%熱點(diǎn)論文13篇。獲國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)（2019）、何梁何利基金科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新獎(jiǎng)（2020）、教育部自然科學(xué)一等獎(jiǎng)（2018）、英國(guó)皇家化學(xué)學(xué)會(huì)會(huì)士（2018）、英國(guó)皇家化學(xué)會(huì)中國(guó)高被引作者（2017）、科睿唯安全球高被引學(xué)者（2019）、第十四屆中國(guó)青年科技獎(jiǎng)（2016）、第十一屆光華工程科技獎(jiǎng)青年獎(jiǎng)（2016）、湖北省自然科學(xué)一等獎(jiǎng)（2014）、中國(guó)化工學(xué)會(huì)侯德榜化工科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)青年獎(jiǎng)（2016）、EEST2018 Research Excellence Awards（2018）、中國(guó)產(chǎn)學(xué)研合作創(chuàng)新獎(jiǎng)（2016），入選“國(guó)家百千萬(wàn)人才工程計(jì)劃”，并被授予“有突出貢獻(xiàn)中青年專家”榮譽(yù)稱號(hào)，享受?chē)?guó)務(wù)院政府特殊津貼。(內(nèi)容源于武漢理工大學(xué)官網(wǎng))
ACS Energy Letters：用于先進(jìn)金屬離子電池的共晶電解質(zhì)
電解液作為金屬離子電池(MIBs)不可缺少的組成部分，影響著MIBs的電化學(xué)性能。近年來(lái)，各種類(lèi)型的電解質(zhì)，如“鹽包水”、離子液體、有機(jī)電解質(zhì)、固態(tài)電解質(zhì)以及共晶電解質(zhì)已經(jīng)被研究可用于MIBs。其中，共晶電解質(zhì)因其合成簡(jiǎn)單、環(huán)保等特點(diǎn)而具有巨大應(yīng)用潛力。然而，共晶電解質(zhì)的發(fā)展仍處于起步階段，值得進(jìn)一步重視。鑒于此，武漢理工大學(xué)羅雯、麥立強(qiáng)在《ACS Energy Letters》上發(fā)表題為《Eutectic Electrolytes in Advanced Metal-Ion Batteries》的綜述。在這里，他們重點(diǎn)介紹了共晶電解質(zhì)與MIBs相應(yīng)性能的機(jī)理。進(jìn)一步總結(jié)了共晶電解質(zhì)的概念、形成和性質(zhì)，對(duì)設(shè)計(jì)高性能的MIBs共晶電解質(zhì)具有重要意義。然后，作者還介紹了含共晶電解質(zhì)的MIBs，主要包括鋰離子電池(LIBs)、鋅離子電池(ZIBs)和鋁離子電池(AIBs)，并進(jìn)一步討論了共晶電解質(zhì)的某些特性如何提高M(jìn)IBs的電化學(xué)性能。此外，作者還簡(jiǎn)要列出了部分深度共晶溶劑(DESs)，其中一些還未應(yīng)用于MIBs，但證明了其具有作為MIBs共晶電解質(zhì)的潛力。
圖1-1 二組分共晶電解質(zhì)相圖與形成機(jī)理共晶電解質(zhì)可使得MIBs具有較寬的電化學(xué)窗口、穩(wěn)定的電解質(zhì)/電極間相化學(xué)特性和特殊的離子/電荷傳輸特性。例如，基于Zn(TFSI)2-乙酰胺的共晶電解質(zhì)(ZES)表現(xiàn)出了寬的電化學(xué)窗口2.4 V (vs. Zn/Zn2+)，遠(yuǎn)優(yōu)于1 M Zn(TFSI)2水系電解質(zhì)。由于Zn(TFSI)2與乙酰胺的強(qiáng)相互作用， ZES比1 M Zn(TFSI)2具有更高的電活性物種濃度，其能與高壓正極進(jìn)行匹配，進(jìn)一步提升ZIBs的電化學(xué)性能。圖1-2 共晶電解質(zhì)提高M(jìn)IBs的電化學(xué)窗口電解液和電極的界面化學(xué)性質(zhì)是決定可充電電池安全性和循環(huán)壽命的重要因素之一。研究表明，基于Zn(TFSI)2/乙酰胺的共晶電解質(zhì)，可通過(guò)原位形成穩(wěn)定的SEI，避免了Zn枝晶的產(chǎn)生。其中，TFSI和乙酰胺與Zn2+配位形成Zn陰離子配合物([ZnTFSIm(Ace)n](2-m)+，m=1-2, n=1-3)。圖1-3 共晶電解質(zhì)調(diào)節(jié)電解液/電極界面化學(xué)在共晶電解質(zhì)中，由于存在復(fù)雜的陰離子和陽(yáng)離子，在充放電過(guò)程中通常會(huì)發(fā)生多電子反應(yīng)，這表明電荷傳輸主要取決于離子遷移率而不是載流子數(shù)量。例如，一種基于AlCl3、尿素(摩爾比為1:3)的共晶電解質(zhì)可使AIBs具有高達(dá)99.7%的庫(kù)侖效率。在AlCl3-尿素共晶電解質(zhì)中，AlCl4–和Al2Cl7–陰離子和[AlCl2(urea)n]+陽(yáng)離子通過(guò)AlCl3異裂形成。以石墨為負(fù)極材料組裝AIBs時(shí)，AlCl4–離子可以插入到石墨中。在充電過(guò)程中，Al2Cl7–和[AlCl2(urea)n]+都得到電子，從而在負(fù)極實(shí)現(xiàn)Al的沉積。當(dāng)使用尿素衍生物(Me-Ur和Et-Ur)與AlCl3進(jìn)行混合形成共晶電解質(zhì)后，發(fā)現(xiàn)AlCl3/Me-Ur和AlCl3/Et-Ur的石墨插層過(guò)程與AlCl3/尿素類(lèi)似。CV結(jié)果表明，三種共晶電解質(zhì)的整體形狀相同，其電勢(shì)差異與復(fù)合陽(yáng)離子中有機(jī)配體影響Al沉積有關(guān)。圖1-4 離子和電荷傳輸機(jī)制雖然DESs目前被認(rèn)為是電解質(zhì)的一種分類(lèi)，并已被應(yīng)用于電化學(xué)能量存儲(chǔ)，特別是在MIBs中，但其發(fā)展仍處于起步階段。對(duì)DESs的進(jìn)一步研究還需要做大量的工作。通常，在共晶體系中，具有較大尺寸特性和相對(duì)自由體積的離子在室溫下會(huì)比普通液體電解質(zhì)的粘度大、離子導(dǎo)電性差。由于共晶電解液對(duì)金屬氧化物的溶解效果高，目前的共晶電解液更偏向用于含有機(jī)電極材料的MIBs，這不利于共晶電解液的全面發(fā)展。圖1-5 未來(lái)DESs的發(fā)展方向Eutectic Electrolytes in Advanced Metal-Ion Batteries，ACS Energy Letters，2021.https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.1c02088
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