崔屹院士團隊在《Nature Energy》上發(fā)表了一項突破性的斯坦研究，展示了液晶中間相原位自組裝在水系雙無極電池中的福大應用。在電池領域，學崔新N現類Zn/MnO?電池以其高可持續(xù)性以及低成本而備受關注，屹最然而，全新傳統(tǒng)設計中嵌入以及沉積反應的面相復合反應導致其能量密度并不高。為了克服這一難題，結構研究團隊提出了一種全新的材料無電極設計，通過引入初始無負極、斯坦無正極的福大配置，能量密度得以進一步提高至200 Wh kg?1以上，學崔新N現類但由于Zn/MnO?沉積和剝離的屹最可逆性較差，循環(huán)壽命問題仍然困擾著研究人員。全新

借鑒材料合成中的面相軟模板化策略，斯坦福大學李鈺琦博士在崔屹院士的結構指導下，通過在電解質中加入微量的表面活性劑，成功設計了一個原位形成的梯度液晶中間相。這種液晶中間相不僅能夠在電極表面自組裝形成，還通過誘導六方晶系Zn和MnO?沿c軸優(yōu)選取向沉積，極大地提升了電池的沉積和剝離的可逆性。這一創(chuàng)新設計使得鋅錳雙無極電池的循環(huán)壽命得到了顯著延長，在950次循環(huán)后仍然能夠保持80%的容量。這一突破性的發(fā)現，不僅僅為Zn/MnO?電池提供了解決方案，還為其他基于晶體沉積的電池系統(tǒng)帶來了全新的調控思路。

液晶中間相的引入為電池界面提供了靈活的軟模板，這種結構在電場作用下能夠動態(tài)調控電極材料的沉積方式，從而大幅度提高電池的循環(huán)性能。盡管表面活性劑在金屬防腐領域已經有廣泛應用，但在電池系統(tǒng)中通過電解質中的微量表面活性劑原位自組裝為液晶中間相的機制，此前并未得到深入探討。崔屹院士團隊通過這一突破性方法，不僅為傳統(tǒng)電池的設計帶來了新的思路，也為未來水系電池的高效儲能技術提供了新的方向。

這一發(fā)現意味著水系電池在提高能量密度和延長循環(huán)壽命的道路上邁出了重要一步。這項研究展示了液晶界面在電池材料調控中的巨大潛力，不僅能夠解決現有電池在高能量密度下的壽命問題，還為未來開發(fā)基于不同材料體系的儲能設備提供了全新的可能性。

圖1 | 通過在電解液中添加痕量表面活性劑原位形成的液晶中間相界面促進Zn/MnO₂沉積的設計框架。

圖2 | 原位沉積金屬鋅的沉積形態(tài)和晶體結構（002晶面擇優(yōu)取向）。

圖3 | 原位形成的液晶中間相界面用于模板化沉積。

圖4 | 液晶相界面調控策略用于二氧化錳沉積和水系雙無極全電池演示。

文章鏈接:

Li, Y., Zheng, X., Carlson, E.Z.?et al.?In situ formation of liquid crystal interphase in electrolytes with soft templating effects for aqueous dual-electrode-free batteries.?Nat Energy?(2024). https://doi.org/10.1038/s41560-024-01638-z