下一代高能量密度電池有望以鋰金屬作為負極，然而金屬鋰內在問題，尤其是枝晶生長，一直是其實際應用的障礙。

為了解決這一問題，美國斯坦福大學的崔屹教授和鄭雪莉等研究人員專注于分子組合結構設計，旨在開發無枝晶生長的負極結構。他們成功地利用氫取代石墨炔（HGDY）氣凝膠作為宿主材料，創造了一種備受期待的鋰金屬復合負極（Li@HGDY）。

HGDY氣凝膠具有優良的親鋰性和分層孔隙，有助于促進熔融鋰的注入，降低HGDY宿主內局部電流密度，并且其獨特的分子結構為鋰離子輸運提供了便捷通道。

通過有效調節HGDY結構內的電子和離子傳輸，實現了均勻的鋰沉積和剝離過程。實驗結果顯示，Li@HGDY對稱電池表現出低過電位和出色的循環穩定性。在0.4C條件下，Li@HGDY||磷酸鐵鋰（LFP）全電池連續循環170次后，保持了98.1%的容量保持率。這項研究為設計高容量和持久的鋰金屬負極提供了創新思路。

相關研究題為“Lithiophilic Hydrogen-Substituted Graphdiyne Aerogels with Ionically Conductive Channels for High-Performance Lithium Metal Batteries”，已在《Nano Letters》雜志上發表。

研究背景：

鋰金屬一直被認為是推動高能量密度電池發展的有前景的陽極材料。然而，金屬鋰本身存在的固有問題，尤其是樹枝狀晶體的生長，一直以來都限制了其實際應用。

研究目的：

本研究旨在通過分子結構設計，研發一種不會形成樹枝狀晶體的新型鋰金屬陽極。

研究創新點：

研究團隊采用氫取代的石墨烯氣凝膠（HGDY）作為主體材料，成功地制備了一種前景廣闊的鋰復合陽極（Li@HGDY）。HGDY氣凝膠具有親鋰性和分層孔隙結構，有助于推動熔融態鋰的注入，并在三維HGDY主體內降低局部電流密度。

研究方法：

所有用于合成氫取代石墨烯氣凝膠（HGDY）的試劑，如1,3,5-三乙炔基苯（TEB）、氯化銅（I）（CuCl）和吡啶，均從商業供應商（Sigma-Aldrich）購買，未經過進一步純化處理。

研究結論：

**HGDY的獨特分子結構為鋰離子傳輸提供了良好的通道。**通過同時調節電子和離子在HGDY主體內的傳輸，實現了鋰剝離/鍍層的均勻分布。在對稱電池中，Li@HGDY表現出低的過電勢和穩定的循環性能。經過170次0.4 C速率下的充放電循環測試，Li@HGDY||磷酸鐵鋰全電池容量保持率達到98.1%。

應用前景：

這項研究為設計高容量、長壽命的鋰金屬陽極打開了新的研究思路，具有廣闊的應用前景。

審核編輯：劉清