攻關(guān)高能量密度、本征安全的電池體系——清華大學(xué)張強(qiáng)教授

張強(qiáng)，清華大學(xué)長(zhǎng)聘教授、博士生導(dǎo)師。曾獲得中國(guó)青年科技獎(jiǎng)、科學(xué)探索獎(jiǎng)、可持續(xù)發(fā)展青年科學(xué)家獎(jiǎng)。長(zhǎng)期從事能源化學(xué)與能源材料的研究。面向能源存儲(chǔ)和利用的重大需求，提出了鋰鍵化學(xué)、離子溶劑配合物概念，研制出復(fù)合金屬鋰負(fù)極等多種高性能能源材料，倡導(dǎo)了析鋰檢測(cè)、電池研發(fā)用化學(xué)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)，通過(guò)鋰鍵化學(xué)與人工智能賦能電池研究，加速了固態(tài)電池與鋰硫軟包電池器件開發(fā)。現(xiàn)擔(dān)任國(guó)際期刊J. Am. Chem. Soc.副主編，曾擔(dān)任國(guó)際期刊 Angew. Chem.首屆顧問編輯，EES Batteries創(chuàng)刊主編，擔(dān)任Joule、Chem. Soc. Rev.、Chem. Commun.、J. Mater. Chem. A、Adv. Energy. Mater.、Energy Fuels、化工學(xué)報(bào)、儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù)等期刊編委。曾獲得教育部自然科學(xué)一等獎(jiǎng)、化工學(xué)會(huì)基礎(chǔ)研究成果一等獎(jiǎng)等。在Adv. Mater., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem.等發(fā)表SCI收錄論文200余篇，h因子171。授權(quán)發(fā)明專利40余項(xiàng)。

研究方向鎖定：鋰電池等新能源材料領(lǐng)域

張強(qiáng)教授于2000年至2004年在清華大學(xué)化學(xué)工程系攻讀并獲得學(xué)士學(xué)位，隨后于2004年至2009年獲得該系博士學(xué)位。2009年至2010年在美國(guó)凱斯西儲(chǔ)大學(xué)進(jìn)行博士后研究，2010年至2011年則前往德國(guó)馬普協(xié)會(huì)Fritz Haber研究所繼續(xù)深造。

2011年，張強(qiáng)教授在國(guó)外完成博士后研究，回到母校清華大學(xué)任教，將研究方向鎖定在鋰電池等新能源材料領(lǐng)域。并于2017年起，擔(dān)任清華大學(xué)長(zhǎng)聘教授，2024年-至今，擔(dān)任清華大學(xué)化學(xué)工程系系主任。

關(guān)于為何將研究方向鎖定在鋰電池等新能源材料領(lǐng)域，張強(qiáng)教授說(shuō)道：“這一選擇背后，是出于對(duì)全球可持續(xù)發(fā)展趨勢(shì)的判斷，更源自對(duì)我國(guó)‘富煤、貧油、少氣’國(guó)情的深切體認(rèn)。十幾年前的北京，霧霾頻擾，燃油車尾氣是重要污染源之一。我?guī)ьI(lǐng)團(tuán)隊(duì)承擔(dān)起固態(tài)鋰金屬電池研發(fā)任務(wù)，突破關(guān)鍵難題，研究成果得到廣泛應(yīng)用。現(xiàn)在，看著滿大街越來(lái)越多的電動(dòng)汽車，我感到由衷欣慰。”

固態(tài)電池，取得重要突破

當(dāng)下固態(tài)電池在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中仍面臨兩大難題：一是“固-固”材料之間因剛性接觸導(dǎo)致的界面接觸差；二是電解質(zhì)難以在寬電壓窗口下同時(shí)兼容高電壓正極與強(qiáng)還原性負(fù)極的極端化學(xué)環(huán)境。 

張強(qiáng)團(tuán)隊(duì)提出“富陰離子溶劑化結(jié)構(gòu)”設(shè)計(jì)新策略，成功開發(fā)出一種新型含氟聚醚電解質(zhì)。該電解質(zhì)通過(guò)熱引發(fā)原位聚合技術(shù)，有效增強(qiáng)了固態(tài)界面的物理接觸與離子傳導(dǎo)能力，顯著提升了鋰電池的耐高壓性能和界面穩(wěn)定性。 

得益于優(yōu)化的界面性能，采用該電解質(zhì)組裝的富鋰錳基聚合物電池表現(xiàn)出一系列優(yōu)異的電化學(xué)性能。基于該電解質(zhì)構(gòu)建的8.96Ah（安時(shí)）聚合物軟包全電池在施加1MPa（兆帕）外壓下，能量密度實(shí)現(xiàn)跨越式提升，達(dá)到604Wh/kg，遠(yuǎn)超當(dāng)下商業(yè)化電池。 

此外，該電池在滿充狀態(tài)下順利通過(guò)針刺與120攝氏度熱箱（靜置6小時(shí)）安全測(cè)試，未出現(xiàn)燃燒或爆炸現(xiàn)象，展現(xiàn)出優(yōu)異的安全性能。未來(lái)，該研究成果有望為成熟的固態(tài)電池產(chǎn)品研發(fā)提供重要技術(shù)參考。

“十五五”，張強(qiáng)教授的展望

展望“十五五”，張強(qiáng)教授表示：“盼望我們的基礎(chǔ)研究具備更強(qiáng)的原創(chuàng)性與前瞻性，實(shí)現(xiàn)根本突破。基礎(chǔ)研究只有‘走在前面’，將來(lái)才能‘用在關(guān)鍵’。在前沿基礎(chǔ)研究領(lǐng)域取得新突破，既需要科研人員的不懈努力，也離不開國(guó)家長(zhǎng)期、穩(wěn)定的支持。”

展望“十五五”，張強(qiáng)教授說(shuō)道：“我期待我國(guó)能構(gòu)建一個(gè)更加健康的創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)，加大對(duì)新能源、新材料等領(lǐng)域的人才培養(yǎng)力度，讓中國(guó)在全球新能源競(jìng)爭(zhēng)中，實(shí)現(xiàn)持續(xù)引領(lǐng)。”

面對(duì)未來(lái)，張強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)設(shè)定了科研新目標(biāo)：繼續(xù)深耕鋰鍵化學(xué)基礎(chǔ)研究，攻關(guān)高能量密度、本征安全的電池體系。張強(qiáng)教授相信，基礎(chǔ)研究的“深”加上產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的“廣”，再乘以人工智能的“速”，為祖國(guó)未來(lái)“儲(chǔ)能”，為綠色夢(mèng)想“蓄力”！

信息來(lái)源：

固態(tài)電池，我國(guó)科學(xué)家取得重要突破.科技日?qǐng)?bào)

清華大學(xué)張強(qiáng)教授采訪：“十五五”我所思·我所盼.光明日?qǐng)?bào)頭版

清華大學(xué)化工系張強(qiáng)課題組（網(wǎng)頁(yè)鏈接https://www.qianggroup.com）

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