福州大學鄭云教授/張久俊院士團隊，2025年成果集錦！

鄭云教授簡介：鄭云，福州大學教授、博導，入選國家教育部海外引才專項，福建省引才“百人計劃”、福建省“閩江學者”特聘教授，2024威立中國開放科學高貢獻作者（Wiley），2024、2025全球前2%頂尖科學家（Elsevier/Stanford），2024年度福州大學青年五四獎章。清華大學博士（導師：張久俊院士），滑鐵盧大學博后（導師：陳忠偉院士）?，F(xiàn)就職于福州大學材料學院，擔任新能源材料與工程研究院（張久俊院士團隊）書記，福建省高能電池與新能源裝備系統(tǒng)工程研究中心書記。長期從事固態(tài)電池（新型柔性固態(tài)電解質(zhì)）研究，已發(fā)表SCI論文120余篇，其中以第一作者或通訊作者在CSR、EER、PMS、PNAS、Joule、JACS、Angew.、AM等期刊上發(fā)表科研論文60余篇，包括15篇ESI高被引論文、熱點文章和封面文章。申請/授權(quán)發(fā)明專利25項，以第一作者發(fā)表全英文學術(shù)專著1本（CRC Press，2019）、中文學術(shù)專著1本（清華大學出版社，2024），主持/參與國家級和省級科研項目10余項。受邀擔任國際電化學能源科學院（IAOEES）理事，Renewables，Advanced Powder Materials，Carbon Neutrality，ENGINEERING Energy等領域知名期刊青年編委、科學編輯或客座編輯。

個人郵箱：yunzheng@fzu.edu.cn

張久俊教授簡介：中國工程院外籍院士、加拿大皇家科學院院士、加拿大工程院院士、加拿大工程研究院院士、中國化學會會士、中國化工學會會士、國際電化學學會會士、英國皇家化學會會士、國際先進材料協(xié)會會士、國際電化學能源科學院（IAOEES）主席、中國內(nèi)燃機學會常務理事兼燃料電池發(fā)動機分會主任委員，現(xiàn)任福州大學教授、博導，福州大學材料科學與工程學院院長、福州大學新能源材料與工程研究院院長。張教授長期從事電化學能源存儲和轉(zhuǎn)換及其材料的研究和產(chǎn)業(yè)化應用開發(fā)，包括燃料電池、高比能二次電池、超級電容器、CO2電化學還原和水電解等。至今已發(fā)表論文及科技報告900余篇，編著書30本，書章節(jié)47篇，被引用近10萬次（H-Index為142）。目前是Springer-nature《Electrochemical Energy Reviews》SCI期刊主編、CRC Press《Electrochemical Energy Storage and Conversion》叢書主編、KeAi Publishing《Green Energy & Environment》SCI期刊副主編、中國工程院院刊《Frontiers In Energy》期刊副主編、中國化學化工出版社大型叢書《電化學能源儲存和轉(zhuǎn)換》及《氫能技術(shù)》主編及多個國際期刊的編委。

課題組介紹：

研究團隊與平臺介紹：為了響應和對接國家“碳達峰碳中和”重要戰(zhàn)略決策，由張久俊院士領銜創(chuàng)建福州大學新能源材料與工程研究院（張久俊院士團隊）。研究院面向新能源產(chǎn)業(yè)，研究前沿理論和先進技術(shù)，開發(fā)核心材料與關鍵部件，集成新能源系統(tǒng)與制備新能源裝置，培養(yǎng)新能源領域的工程技術(shù)與運營管理人才等。研究院下設5個中心，其中氫能和燃料電池中心，主要開展電解水和燃料電池中的核心材料、高性能催化劑以及關鍵部件MEA膜的研發(fā)；先進儲能和動力電池中心，主要開展下一代高能量密度電池，包括固態(tài)鋰基電池、鈉基電池等的技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化；CO2捕獲和還原中心，主要開展CO2電化學還原低碳燃料生產(chǎn)系統(tǒng)的催化劑以及裝置的開發(fā)；原位技術(shù)中心，主要依托原位測試技術(shù)為新能源材料與工程研究提供技術(shù)保障與支撐；能源AI中心，主要通過計算機建模和機器學習技術(shù)，實現(xiàn)新能源材料與器件的快速篩選和結(jié)構(gòu)設計，以及相關機理探究和過程優(yōu)化。

研究院網(wǎng)站：https://newenergy.fzu.edu.cn/index.htm

1. Journal of the American Chemical Society：定向排列“力學平衡”設計實現(xiàn)聚合物電解質(zhì)中Li+的近無摩擦傳輸

Li+遷移能壘降低的聚合物優(yōu)化策略與“力學平衡”策略對比

“本文亮點”：

（1）“力學平衡”新概念：為了減弱SPEs中Li+傳輸過程中存在的Li+?聚合物間強相互作用，現(xiàn)有策略主要是聚合物鏈的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，例如引入非鋰金屬陽離子（如Cu2+、Mg2+、Al3+）、強電負性原子（如F）、具有空間位阻（如甲基）或弱Li+相互作用的官能團（如酯基）。然而，這類策略難以從根本上顯著甚至完全抵消該相互作用。本研究提出了一種新范式，通過構(gòu)建受力平衡區(qū)（F1 ≈ F2），引入錨定陰離子簇對Li+施加反向作用力（F1），精準調(diào)控局部化學環(huán)境并顯著降低Li+解耦能壘。

（2）定向排列新結(jié)構(gòu)：針對傳統(tǒng)SPEs中因離子遷移路徑不連續(xù)且曲折導致的Li+傳輸動力學受限問題，本研究將設計的FG/ZIF-8骨架與原位聚合DOL相結(jié)合，實現(xiàn)了“力學平衡”區(qū)域的定向排列。從而構(gòu)建出近乎無阻力、連續(xù)且短程的Li+傳輸通道。所得定向排列力學平衡聚合物電解質(zhì)（DAMB-PE）在25 °C下表現(xiàn)出卓越的離子電導率（1.2 mS/cm）和高Li+遷移數(shù)（0.71），在已報道的SPEs中具有顯著競爭力。

（3）高性能準固態(tài)電池：Li|DAMB-PE|Li對稱電池展現(xiàn)出超過2400 h的循環(huán)穩(wěn)定性，Li|DAMB-PE|LiFePO4（LFP）準固態(tài)電池在4C倍率下循環(huán)3500次后仍保持81%的容量，庫侖效率接近100%。在6C的高倍率下，循環(huán)1500次后容量保持率仍能達到85%。此外，DAMB-PE與高電壓LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2（NCM523）正極也表現(xiàn)出良好的兼容性，在0.5C下循環(huán)400次后容量保持率為82%。Li|DAMB-PE|LFP軟包電池同樣展現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性和安全性能。

文獻信息：S. Duan, Z. Lu,Y. Zheng*,X. Liu, L. Zhang, Z. Li, Z. Liu, Y. Luo, B. Qin, Y. Liu*, M. Pei, J. Xu, X. Lin, W. Yan, andJ. Zhang*, “Directionally Aligned “Mechanical Balance” Design Enables Near-Frictionless Li+ Transport in Polymer Electrolytes”,J. Am. Chem. Soc.2025, Published.

文章鏈接：https://doi.org/10.1021/jacs.5c13961

2. Angewandte Chemie International Edition：“外硬內(nèi)軟”聚醚電解質(zhì)助力4.6 V準固態(tài)電池

高壓聚醚電解質(zhì)采用“外硬內(nèi)軟”設計（RS-PE）

“本文亮點”：

（1）新型“外硬內(nèi)軟”電解質(zhì)設計：該設計通過三維含氟網(wǎng)絡構(gòu)建剛性骨架（“外硬”）提高機械性能與抗氧化性能，同時利用鋰離子-陰離子強配位形成內(nèi)部柔性溶劑化結(jié)構(gòu)（“內(nèi)軟”）確保了高離子電導率，克服了傳統(tǒng)聚合物電解質(zhì)在機械強度、氧化穩(wěn)定性和離子電導率三方面難以兼具的困境。

（2）新型“選擇透過性”界面膜：所設計的電解質(zhì)在電池運行過程中，會在正負極表面誘導原位形成富含多氟基團的“親鹽疏溶劑”界面層，可有效促進穩(wěn)定SEI和CEI的形成、有效抑制溶劑在電極界面的持續(xù)分解以及副反應，確保了高壓鋰金屬電池的長期穩(wěn)定運行。

（3）4.6 V高壓穩(wěn)定準固態(tài)電池：所開發(fā)的電解質(zhì)能夠完美兼容各種先進的高壓正極，如NCM523，NCM622，NCM811和LCO等。Li||NCM811準固態(tài)電池在4.5 V、1C倍率下能夠?qū)崿F(xiàn)400次循環(huán)后保持96.3%的容量，即使在4.6 V的高電壓下，也能實現(xiàn)100次循環(huán)后85%的容量保持率，為高性能準固態(tài)電解質(zhì)的設計提供全新思路。

文獻信息：S. Duan, L. Zhang,Y. Zheng*, Z. Liu, Z. Li, C. Liao*, H. Wang, W. Yan,J. Zhang*, “Rigid Exterior, Soft Interior” Design Enables High-Voltage Polyether Electrolytes for Quasi-Solid-State Batteries”,Angew. Chem. Int. Ed.2025, e202502728.

文章鏈接：https://doi.org/10.1002/anie.202502728

3.Angewandte Chemie International Edition：“基因編輯”助力共晶聚合物電解質(zhì)實現(xiàn)超快Li+傳導

“基因編輯”共晶聚合物電解質(zhì)的設計動機與思路

“本文亮點”：

（1）新型仿生“基因編輯”策略：受到“基因編輯”原理的啟發(fā)，作者提出了一種新型DEPE設計范式，通過靶向替換含醚氧的聚合物鏈段為功能性異佛爾酮二異氰酸酯（IPDI）衍生基團，構(gòu)建了具有定制分子結(jié)構(gòu)的“基因編輯”聚合物電解質(zhì)。這種設計巧妙地利用IPDI基團的環(huán)脂族空間位阻效應和電子誘導效應，顯著削弱Li?-聚合物氧基團的強配位作用，同時通過氫鍵供體位點強化陰離子捕獲能力。

（2）新型超快Li+傳導協(xié)同機制：結(jié)合表征和分子動力學模擬等實驗手段，系統(tǒng)揭示了IPDI衍生基團的雙重機制。一方面，空間位阻與誘導效應顯著降低Li?與殘余氧基的結(jié)合能，促進Li?的脫離與擴散；另一方面，IPDI上的N–H氫鍵位點有效捕獲TFSI?，提升Li?解離度與遷移數(shù)。多重協(xié)同作用顯著提升了室溫Li?電導率與遷移數(shù)，從根本上緩解了傳統(tǒng)DEPE中Li?傳輸遲滯的瓶頸。

（3）萬次快充超長循環(huán)準固態(tài)電池：Li|GEPE|Li電池展現(xiàn)出超過3000小時的超長穩(wěn)定循環(huán)，充分證明其在界面兼容性和枝晶及副反應抑制方面的優(yōu)越性。GEPE組裝的鋰金屬電池能匹配多種正極（LiNi?.?Co?.?Mn?.?O?、LiNi?.?Co?.?Mn?.?O?及LiFePO?），組裝的系列準固態(tài)鋰金屬電池均表現(xiàn)出優(yōu)異的倍率與循環(huán)性能。尤其在5C高倍率下，Li|GEPE|LiFePO?電池實現(xiàn)了超過10000圈的超長循環(huán)，容量保持率仍高達75%以上，展現(xiàn)了在快速充電和高安全固態(tài)鋰金屬電池中的巨大應用潛力，在循環(huán)性能與倍率性能上均領先于現(xiàn)有同類體系。

文獻信息：Z. Li, H. Wang,Y. Zheng*, Y. Zhu, B. Qin, Z. Lu, W. Yan*,J. Zhang*, “Gene-Editing Design Upgrades Eutectic-Polymer Electrolytes with Ultra-High Li+ Conductivity”,Angew. Chem. Int. Ed.2025, e202508857.

文章鏈接：https://doi.org/10.1002/anie.202508857

4. Advanced Materials：微環(huán)境調(diào)控實現(xiàn)聚醚電解質(zhì)的高鋰離子導電性，用于高性能準固態(tài)電池

“微環(huán)境調(diào)控”策略的設計原則和鋰離子傳輸機制

“本文亮點”：

（1）新型“微環(huán)境調(diào)控”電解質(zhì)設計：作者提出了一種區(qū)別于傳統(tǒng)聚合物結(jié)構(gòu)改性的新型策略——通過在聚醚電解質(zhì)中引入Ge4+位點，調(diào)控聚合物主鏈周圍的局部微環(huán)境。該方法不依賴復雜的聚合物分子結(jié)構(gòu)設計，具備工藝簡便、適應性強等優(yōu)勢，為突破固態(tài)聚合物電解質(zhì)中Li?遷移能壘問題提供了新的解決路徑。

（2）新型Li+傳輸機制的協(xié)同增強效應：通過結(jié)合多種表征技術(shù)與密度泛函理論（DFT）模擬計算等研究手段，系統(tǒng)揭示了微環(huán)境調(diào)控的提升三重協(xié)同機制：一方面，它削弱Li?與醚氧之間的配位作用，降低遷移勢壘；另一方面，錨定TFSI?陰離子，提高自由Li?濃度；此外，引入Ge4+基材料的自身離子通道，為Li+遷移提供額外路徑。這一協(xié)同機制不僅提升了聚合物體系在室溫下的離子導電率（1.83 mS cm?1）與高Li+遷移數(shù)（0.8），同時實現(xiàn)了對界面穩(wěn)定性和電池長期循環(huán)性能的有效優(yōu)化。

（3）長壽命、高倍率固態(tài)電池性能：所開發(fā)的微環(huán)境調(diào)控聚醚電解質(zhì)（MPPE）在Li||Li對稱電池中展現(xiàn)出超過2000小時的穩(wěn)定循環(huán)；在Li||LiFePO4全電池中，5C高倍率下循環(huán)2190次后仍保持92.1%的容量與近100%的庫倫效率。該成果驗證了“微環(huán)境調(diào)控”策略在實現(xiàn)聚合物電解質(zhì)快離子傳輸與界面穩(wěn)定性方面的顯著效果，為高能量密度、高倍率且長壽命的固態(tài)鋰金屬電池發(fā)展提供了新方向。

文獻信息：H. Wang, L. Qian,Y. Zheng*, S. Duan, B. Qin, Z. Liu, Z. Li, Q. Ma, Y. Jiang, W. Yan*,J. Zhang*. “Microenvironment Regulation Unlocks High Li+ Conduction in Polyether Electrolytes for High-Performance Quasi-Solid-State Batteries”,Adv.Mater., 2025, e10197.

文章鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202510197

5. Advanced Functional Materials：聚合物固態(tài)電解質(zhì)的“預鋰化”策略構(gòu)筑富LiF穩(wěn)定SEI

雙電荷增強的聚合物固態(tài)電解質(zhì)的設計原則

“本文亮點”：

（1）新型“預鋰化”電解質(zhì)設計：不同于現(xiàn)有引入非金屬位點的方法，作者提出了通過向聚合物中引入金屬位點來促進鋰鹽C-F斷鍵反應，并通過“預嵌鋰”的方式再次增強上述斷鍵反應中的電荷轉(zhuǎn)移。該策略可促進固態(tài)電解質(zhì)中鋰鹽中C-F鍵的分解并進一步形成富LiF穩(wěn)定SEI、構(gòu)筑超長循環(huán)全固態(tài)鋰金屬電池。

（2）新型負極/電解質(zhì)界面穩(wěn)定機制：通過結(jié)合多種表征技術(shù)與密度泛函理論（DFT）模擬計算等研究手段，系統(tǒng)揭示了富LiF SEI層的穩(wěn)定機制。研究發(fā)現(xiàn)，“預鋰化”策略雙增強SPEs的鋰鹽中C-F鍵的分解是導致形成的SEI層中LiF比例顯著升高的關鍵因素。這種富含LiF成分的SEI結(jié)構(gòu)在界面處展現(xiàn)出雙重優(yōu)勢：一方面，它增強了SEI層對Li?的吸附能力；另一方面，富LiF的SEI的形成有效降低了Li?在界面處的遷移能壘。這兩種效應的協(xié)同作用，有效地防止了鋰離子的局部積累和鋰枝晶的形成。

（3）超長循環(huán)全固態(tài)電池：基于“預鋰化”策略所開發(fā)的SPEs使Li||Li對稱電池展現(xiàn)出超過3800小時的超長穩(wěn)定循環(huán)，Li||LiFePO4全電池在2C充放電倍率下循環(huán)1200次后仍保持80%的容量，庫倫效率接近100%。此外，所裝配的軟包電池在持續(xù)運行1600小時后，平均面容量仍高達2.41 mAh cm?2。這項工作為全固態(tài)鋰金屬電池構(gòu)筑穩(wěn)定SEI提供了一種新策略。

文章信息：Y. Zheng*, N. Yang, S. Duan, Z. Li, R. Gao, Y. Zhu, H. Wang, T. Zhang, G. Li, D. Luo, L. Yang, D, Wang, W. Yan,J. Zhang*, Z. Chen*. “Dual-Enhanced Charge Transfer through Prelithiation Strategy in Polymer Electrolyte Enables Robust LiF-Rich SEI for Ultralong-Life All-Solid-State Batteries”,Adv. Funct. Mater.2025, e11011.

文章鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202511011

6. Advanced Materials：MOF基固態(tài)聚合物電解質(zhì)在全固態(tài)鋰金屬電池中加速鋰離子傳導的機理

背景介紹：

固態(tài)鋰金屬電池（SSLMBs）采用固態(tài)電解質(zhì)替換傳統(tǒng)商用鋰離子電池中具有揮發(fā)性的有機液態(tài)電解質(zhì)并匹配鋰金屬負極，可以有效提高電池的能量密度和安全性，相關研究受到了學術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關注。作為固態(tài)電池的重要組成部分，固態(tài)電解質(zhì)（SSE）的研究尤為關鍵。其中，固體聚合物電解質(zhì)（SPEs）由于具備低成本、靈活性、可擴展性、輕量化以及與電極之間的良好界面兼容性等優(yōu)勢，被認為是具有商業(yè)化前景的重要選擇。目前該類電解質(zhì)面臨鋰離子（Li+）室溫電導率不足的關鍵挑戰(zhàn)。大量研究表明，將金屬有機骨架材料（MOF）引入到SPEs中形成MOF基固態(tài)聚合物電解質(zhì)（MSPEs）是提高離子電導率的有效策略?？紤]到MOF的多樣性及對應MSPEs結(jié)構(gòu)和成分的差異性，Li+在MSPEs中的傳導機制非常復雜，MOF對Li+傳導的促進機理尚不清楚，相關問題的研究和梳理是該類先

進固態(tài)電解質(zhì)研究的基礎和關鍵。

研究工作簡單介紹：

福州大學鄭云教授和張久俊院士課題組分別從聚合物、MOF、MOF/聚合物界面（MPI）和固體電解質(zhì)界面（SEI）等四個方面對MSPEs中Li+加速傳導機制進行了深入總結(jié)分析。此外，通過總結(jié)先進的表征測試、理論計算和模擬手段，進一步加深了對離子加速傳導機制的理解。最后，對該領域的主要挑戰(zhàn)和發(fā)展前景進行了展望。

圖1. MOF基固態(tài)聚合物電解質(zhì)的組成和常用構(gòu)成單元

文獻信息：S. Duan, L. Qian,Y. Zheng*, Y. Zhu*, X. Liu, L. Dong, W. Yan,J. Zhang*, “Mechanisms of the Accelerated Li+ Conduction in MOF-Based Solid-State Polymer Electrolytes for All-Solid-State Lithium Metal Batteries”,Adv.Mater.2024, 36, 2314120.

文獻鏈接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/adma.202314120

7. Advanced Materials：無負極固態(tài)電池的“有效鋰損失與恢復”

背景介紹：

無負極固態(tài)鋰金屬電池（AFSSLMBs）因其理論能量密度高、安全性好、成本低且制造工藝簡化等顯著優(yōu)勢，被視為下一代高性能電化學儲能器件的重要發(fā)展方向。然而，這項先進技術(shù)目前仍處于起步階段，相關發(fā)展尚難以滿足實際應用和商業(yè)化的要求。目前仍存在諸多挑戰(zhàn)，包括不穩(wěn)定的固態(tài)電解質(zhì)界面、猖獗的鋰枝晶生長和不良的副反應，以及電池循環(huán)過程中不利的體積膨脹等問題。這些問題共同導致了該體系在循環(huán)過程中普遍存在鋰沉積/剝離效率低、容量衰減快等困境，嚴重阻礙了該技術(shù)的實際應用進程。為突破該瓶頸，亟需從新的視角深入理解其失效機制并探索優(yōu)化策略。

研究工作介紹：

福州大學鄭云教授/張久俊院士團隊和中國科學院大連化物所陳忠偉院士首次系統(tǒng)性地從“有效鋰損失”這一核心角度剖析AFSSLMBs面臨的挑戰(zhàn)。創(chuàng)新性地提出了“有效鋰損失=不可逆鋰損失+遲緩鋰動力學”的公式，并以規(guī)避“有效鋰損失”為主線，系統(tǒng)總結(jié)了近2-3年涌現(xiàn)的五類關鍵組件層面的先進優(yōu)化策略：包括1）先進固態(tài)電解質(zhì)構(gòu)筑，2）集流體/固態(tài)電解質(zhì)界面優(yōu)化，3）集流體改性，4）先進3D鋰宿主設計，5）先進正極調(diào)控。最后，文章提出了AFSSLMBs當前面臨的挑戰(zhàn)及未來的發(fā)展方向，旨為加速該先進技術(shù)的研發(fā)進程，推動其走向?qū)嶋H應用與商業(yè)化。

無負極固態(tài)鋰金屬電池（AFSSLMBs）面臨的挑戰(zhàn)和各種應對策略概述

文獻信息：T. Zhang, K. Huang,Y. Zheng*, D. Luo, W. Yan,J. Zhang*, Z. Chen*, “Loss and Recovery of Effective Lithium in Anode-Free Solid-State Lithium Metal Batteries”,Adv. Mater.2025, e05695.

文獻鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202505695

8. Advanced Energy Materials：鈉離子電池中的原子層沉積技術(shù)

背景介紹：

鈉離子電池（SIBs）由于鈉資源豐富且成本低廉，被認為是鋰離子電池的可持續(xù)替代品。然而，鈉離子（Na?）的離子半徑更大、質(zhì)量更高，這導致其在電極材料中的嵌入動力學緩慢，從而導致電池能量密度低、反應動力學遲緩、循環(huán)壽命短及安全隱患，亟待技術(shù)突破。

原子層沉積（ALD）技術(shù)以其獨特的納米級精度調(diào)控能力，為突破SIBs性能瓶頸開辟了創(chuàng)新路徑。其核心自限制反應特性，能夠在電極表面構(gòu)筑高度均一、超薄的功能性涂層。這一設計巧妙兼顧多重效益：在顯著降低無效質(zhì)量、提升能量密度的同時，更能通過精準的納米結(jié)構(gòu)有效加速離子傳輸、強力抑制電極體積膨脹及副反應，從而大幅提升電極的結(jié)構(gòu)與界面穩(wěn)定性。近年來，ALD在SIBs領域的應用呈現(xiàn)迅猛發(fā)展態(tài)勢，尤其在正極優(yōu)化方面取得顯著成果，但系統(tǒng)性研究的深度與廣度仍有待拓展。

研究工作介紹：

近日，福州大學鄭云教授/張久俊院士團隊首先深度聚焦ALD涂層在實現(xiàn)高性能鈉離子電池電極/電解質(zhì)材料中的關鍵作用機制，系統(tǒng)解析總結(jié)了該技術(shù)近年來在構(gòu)筑高性能負極、正極和固態(tài)電解質(zhì)材料中的前沿創(chuàng)新應用，并前瞻性探討其面臨的核心技術(shù)挑戰(zhàn)與商業(yè)化前景，旨在為鈉離子電池技術(shù)的加速發(fā)展注入強勁創(chuàng)新動能。

ALD基本原理示意圖及其在SIBs正負極中的作用

文獻信息：T. Zhang, T. Wang,Y. Zheng*, L. Qian*, X. Liu, W. Yan*,J. Zhang*, “Atomic Layer Deposition for Sodium-Ion Batteries”,Adv. Energy Mater.2025, e01760.

文獻鏈接：https://doi.org/10.1002/aenm.202501760

9. AdvancedFunctional Materials：用于保護液態(tài)和固態(tài)鋰電池鋰金屬負極的先進聚合物材料

背景介紹：

金屬鋰具有超高的理論容量（3860 mAh g?1）和極低的氧化還原電位（?3.04 V vs. 標準氫電極），被認為是在高能可充電電池中替代石墨負極的終極負極材料。然而，由于鋰金屬負極的不穩(wěn)定性和高反應性，相應的鋰金屬電池面臨著安全性低、循環(huán)壽命短等問題，嚴重制約了其大規(guī)模商業(yè)化。大量研究表明，利用多尺度纖維素為基本材料構(gòu)建電池的關鍵組件，是穩(wěn)定鋰金屬負極的有效策略。

考慮到多尺度纖維素材料結(jié)構(gòu)的差異性及表面基團的多樣性，鋰金屬負極的穩(wěn)定機制尚不清楚，相關問題的研究和梳理是發(fā)展高性能纖維素基鋰金屬電池的基礎和關鍵。針對以上問題，本文全面總結(jié)了多尺度纖維素材料（包括微米纖維素（MC）和納米纖維素（NC））在鋰金屬電池各組件中穩(wěn)定鋰金屬負極的最新進展。與此同時，對該領域的主要挑戰(zhàn)和發(fā)展前景進行了展望。

研究工作介紹：

福州大學鄭云教授和張久俊院士課題組在該論文著重歸納總結(jié)了對多尺度纖維素材料（包括微米纖維素（MC）和納米纖維素（NC））在鋰金屬電池各組件中穩(wěn)定鋰金屬負極的機制進行了深入總結(jié)分析，并對該領域的主要挑戰(zhàn)和發(fā)展前景進行了展望。

先進纖維素材料在穩(wěn)定鋰金屬負極中的應用

文獻信息：Z. Li,Y. Zheng*, C. Liao, S. Duan, X. Liu, G. Chen, L. Dong, J. Dong, C. Ma, B. Yin, W. Yan*,J. Zhang*, “Advanced Polymer Materials for Protecting Lithium Metal Anodes of Liquid-State and Solid-State Lithium Batteries”,Adv. Funct. Mater.2024, 34, 2404427.

文獻鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202404427

10. Nano Energy:通過功能性隔膜設計在碳酸鹽電解液中構(gòu)建持久的硝酸鹽富集溶劑化鞘層，用于高壓鋰金屬電池

功能化隔膜涂層界面穩(wěn)定機制示意圖

“本文亮點”：

（1）長效功能化隔膜涂層的設計：本工作使用介孔二氧化硅氣凝膠作為硝酸鋰的儲存?zhèn)}庫，設計出硝酸鋰負載率高達31.59%的復合納米結(jié)構(gòu)。利用介孔二氧化硅對稿介電碳酸乙酯的吸附特性，在隔膜界面處構(gòu)建富含硝酸根的溶劑化鞘層，在溶劑化結(jié)構(gòu)的界面調(diào)控和隔膜涂層的活性物質(zhì)緩釋雙重加持下，實現(xiàn)電極界面的的持續(xù)修復與穩(wěn)定，顯著延長電池的循環(huán)壽命。

（2）界面溶劑化調(diào)控實現(xiàn)優(yōu)異的鋰枝晶抑制：解決碳酸酯電解液與金屬鋰兼容性差和硝酸鋰溶解度低的難題。功能化改性隔膜的使用，顯著提升了碳酸鹽電解液抑制鋰枝晶的效果和金屬鋰的循環(huán)利用率，在Li-Cu電池的350個循環(huán)中實現(xiàn)了98.25 %的超高平均庫侖效率和超1800小時的超穩(wěn)定Li-Li循環(huán)。

（3）穩(wěn)定CEI界面提升高壓循環(huán)穩(wěn)定性：得益于含有硝酸根溶劑化結(jié)構(gòu)的易氧化特性，在NCM811電極表面原位構(gòu)建出高離子電導率的CEI保護層。采用改性隔膜的NCM811||Li電池在4.5 V的高截止電壓下實現(xiàn)了出色的循環(huán)穩(wěn)定性，500次循環(huán)后的容量保持率為 80.38%。此外，改隔膜的優(yōu)異電化學性能也在袋式電池中得到了驗證。

文獻信息：C. Liao, T. Zheng, J. Zhu, X. Lin, S. Duan, J. Xiao, W. Wang,Y. Zheng*, W. Yan*,J. Zhang*, “Engineering Durable Nitrate-Enriched Solvation Sheaths in Carbonate Electrolytes Through Functional Separator Design for High-Voltage Lithium Metal Batteries”,Nano Energy, 2025, 142, 111283.

文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2025.111283

11.Nano Energy:晶體工程助力用于高性能和可持續(xù)鋰離子電池的可降解聚酯隔膜

E-PBS隔膜的設計及其與F-PBS隔膜的性能對比

文章簡介：

研究基于晶體工程方法，采用工業(yè)化廣泛應用的聚丁二酸丁二醇酯（PBS）制備了具有延鏈晶體結(jié)構(gòu)（ECC）的PBS基隔膜（E-PBS隔膜），其結(jié)晶度接近100%，表現(xiàn)出顯著的穩(wěn)定性提升和降解速率延緩。在LiFePO4/石墨軟包電池中，E-PBS隔膜使電池在1C下循環(huán)1000次后容量保持率達到79.6%，遠高于商業(yè)PE隔膜的40.6%。此外，E-PBS隔膜可在堿性溶液中快速降解，簡化了SLIBs的回收流程。本研究不僅展示了晶體工程在提升聚酯隔膜性能及穩(wěn)定性方面的潛力，也為開發(fā)其他可降解聚酯基隔膜材料提供了有價值的參考，推動鋰離子電池隔膜材料的可持續(xù)發(fā)展。

文獻信息：X. Dai, J. Chen, K. Zhou, L. Zhang, T. Li, H. Ye*, S. Xu, Z. Li, L. Qian,Y. Zheng*, G. Huang*, W. Yan,J. Zhang*, “Crystal Engineering Promoting Degradable Polyester Separator for High-Performance and Sustainable Lithium-Ion Batteries”,Nano Energy2025, 142, 111247.

文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2025.111247

12. Chem. Eng. J.：陰離子配位耦合策略同步優(yōu)化鋰金屬負極界面穩(wěn)定性與磷酸鹽基電解質(zhì)離子電導率

優(yōu)化磷酸基電解質(zhì)中離子電導率和陽極界面穩(wěn)定性的設計策略示意圖

文章簡介：

本文針對鋰金屬電池中磷酸鹽基電解質(zhì)面臨的界面穩(wěn)定性與體相離子電導率相互制約的核心難題，提出了一種創(chuàng)新的雙陰離子耦合競爭配位策略，成功實現(xiàn)了二者協(xié)同優(yōu)化。通過LiNO3與LiFSI的巧妙鹽組合，在常規(guī)濃度下構(gòu)建了“陰離子錨定”式溶劑化結(jié)構(gòu)。其中NO3?憑借強配位能力進入Li+主溶劑化鞘，而FSI?則協(xié)同形成空間位阻較大的溶劑化鞘，有效削弱了磷酸酯溶劑的配位強度，同時適度弱化了Li+-NO3?的強結(jié)合，從而兼顧了界面穩(wěn)定與離子傳輸。

所設計的TFNF電解質(zhì)實現(xiàn)了優(yōu)異的電池性能。Li-Cu電池平均庫侖效率高達99.49%、Li||Li對稱電池循環(huán)壽命超6000小時，以及Li||LFP全電池循環(huán)1000圈后容量保持率高達90.49%。此外，電解質(zhì)本征阻燃性使軟包電池熱失控觸發(fā)時間延遲了57.4秒。該工作為破解磷酸鹽電解質(zhì)“導電性-穩(wěn)定性”權(quán)衡困境提供了一種低成本、易擴展的溶劑化結(jié)構(gòu)調(diào)控新范式，為推動兼具高安全性與高性能的鋰金屬電池實用化進程提供了重要的理論與技術(shù)參考。

文獻信息：C. Liao*, J. Zhu, X. Lin, T. Zheng, S. Duan, J. Xiao, J. Wang, Z. Zuo,Y. Zheng*, W. Wang, W. Yan, Y. Shi*,J. Zhang*, “Anion-Coupling Coordination to Optimize Both Lithium-Metal Anode Interfacial Stability and Ionic Conductivity of Phosphate-Based Electrolytes for Lithium Metal Batteries”,Chem. Eng. J.2025, 526, 171076.

文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.171076

13. Energy Materials: ALD構(gòu)筑新型“三明治”雙界面結(jié)構(gòu)、賦能高電壓全固態(tài)電池

雙界面修飾的全固態(tài)鋰金屬結(jié)構(gòu)設計

“本文亮點”：

（1）“三明治”結(jié)構(gòu)的全固態(tài)鋰金屬電池設計：本文采用ALD技術(shù)對復合固態(tài)電解質(zhì)（LLZO/PEO/LiTFSI）兩側(cè)的電極界面同時進行涂層修飾（Alucone層），成功構(gòu)筑了“三明治”結(jié)構(gòu)雙界面修飾的全固態(tài)鋰金屬電池，同時實現(xiàn)對鋰金屬負極（LMA）和高電壓正極（NCM811）的界面保護。

（2）同時實現(xiàn)對正負極的保護作用：與未經(jīng)涂層保護的電池相比，采用ALD涂層既能夠顯著提高電解質(zhì)在高電壓條件下的抗氧化能力，明顯提升了電解質(zhì)與富鎳高壓正極（NCM811）之間的電化學穩(wěn)定性；同時ALD涂層又作為鋰金屬負極的保護屏障，還能顯著抑制鋰枝晶的生長。

文獻信息：G. Chen, X. Liu, Z. Liu,Y. Zheng*, T. Zhang, F., R., S. Yan., L. Qian*, J. Dong, C. Ma, S, Wei, W. Yan,J. Zhang*, “Novel “Sandwich” Configuration with ALD-Coating Layers on Electrode/Electrolyte Interfaces for Durable All-Solid-State Lithium Metal Batteries with High-Voltage Cathodes”,Energy Mater.2025, 5, 500064.

文章鏈接：http://dx.doi.org/10.20517/energymater.2024.163

14. Progress in Materials Science：高溫質(zhì)子交換膜燃料電池性能衰減機理及緩解策略

背景介紹：

用于氫轉(zhuǎn)換的高溫質(zhì)子交換膜燃料電池（HT-PEMFC）由于具有零排放、高能量/功率密度、高能量效率，以及可作為電動汽車和大型發(fā)電廠的動力源等特點，受到廣泛關注。然而，由于HT-PEMFC存在熱能消耗大、啟動時間長、長期耐久性差、成本較高等缺點，該技術(shù)的實際應用發(fā)展受到嚴重阻礙。其中，耐久性不足被認為是阻礙其廣泛應用的關鍵。因此，為了克服上述挑戰(zhàn)，加快HT-PEMFC的研發(fā)進程，全面深入地分析和總結(jié)該器件的性能失效機制和緩解策略具有重要意義。

研究工作介紹：

福州大學鄭云教授和張久俊院士課題組對HT-PEMFC的失效機制和緩解策略進行了全面綜述，對HT-PEMFC的關鍵組成部件進行了詳細介紹。具體論述內(nèi)容包括HT-PEMFC的反應原理、主要組成和發(fā)展歷史等相關基礎，質(zhì)子交換膜（PEM）、催化層（CL）、擴散層（GDL）、雙極板（BP）和熱/水管理系統(tǒng)等關鍵部件的失效機制分析和針對性緩解策略，以及從基礎理解到大規(guī)模應用等諸多方面提出的該領域當前面臨的關鍵挑戰(zhàn)和發(fā)展前景。

高溫質(zhì)子交換膜燃料電池（HT-PEMFC）文章的主要結(jié)構(gòu)

文獻信息：S. Wang,Y. Zheng*, C. Xu, H. Liu, L. Li, W. Yan*,J. Zhang*, “Performance Failure Mechanisms and Mitigation Strategies of High-Temperature Proton Exchange Membrane Fuel Cells”,Prog. Mater. Sci.2024, 148, 101389.

文獻鏈接：https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2024.101389

15. Applied Catalysis B：Environment and Energy:稀土金屬氧化物電荷調(diào)控單原子/團簇鈷基電催化劑助力ORR提升

REMOs-Co-N-C的方案設計及理論預測

“本文亮點”：

（1）稀土金屬氧化物（REMO）修飾電催化劑的理論預測與設計：首次系統(tǒng)評估了10余種REMOs修飾電催化劑，建立了材料篩選與優(yōu)化新方法，為高效催化劑設計提供了理論指導和快速篩選策略。

（2）基于REMO的M-N-C催化劑電荷調(diào)控新機制：依據(jù)理論計算結(jié)果，創(chuàng)新性地提出了通過REMO調(diào)控M-N-C催化劑電子結(jié)構(gòu)的策略，顯著提升了氧還原反應（ORR）性能，該研究為開發(fā)高效能量轉(zhuǎn)換催化劑提供了新思路。

文獻信息：S. Wang, L. Li,Y. Zheng*, C. Xu, Z. Zhuang*, K. Sun, W. Yan*,J. Zhang*, “Charge Regulation Through Rare Earth Metal Oxides for Single-Atomic/Cluster Co-Based Electrocatalysts Towards Boosting Oxygen Reduction Reaction”,Appl. Catal. B Environ2025, 377, 125493.

文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2025.125493

16. Nano Energy高溫質(zhì)子交換膜燃料電池從催化劑到膜電極組件的性能提升

背景介紹

高溫質(zhì)子交換膜燃料電池（HT-PEMFC）憑借其顯著的反應動力學優(yōu)勢、優(yōu)異的燃料/氣體雜質(zhì)耐受性以及簡化的水熱管理系統(tǒng)，展現(xiàn)出廣闊的應用前景。然而，當前催化劑體系及膜電極組件（MEAs）在性能表現(xiàn)與耐久性方面的不足，嚴重制約了HT-PEMFC的實際規(guī)?；瘧谩橥七M該領域的突破性發(fā)展，本文系統(tǒng)梳理了催化劑與MEAs的最新研究進展，深入解析催化劑的降解機制并提出針對性緩解策略，致力于為開發(fā)高性能、長壽命HT-PEMFC提供理論指導。同時，通過全面剖析現(xiàn)有技術(shù)瓶頸，進一步指明未來研究的關鍵方向。

研究工作介紹

基于此，來自福州大學鄭云教授和張久俊院士課題組對現(xiàn)階段高溫燃料電池（催化劑、膜電極組件）之間的衰退失效機制以及相應的緩解策略進行了全面的綜述，并提出的該領域當前面臨的關鍵挑戰(zhàn)和發(fā)展前景。

高溫質(zhì)子交換膜燃料電池（HT-PEMFC）文章主要結(jié)構(gòu)

文獻信息：C. Xu, S. Wang,Y. Zheng*, H. Liu, L. Li, Z. Zhuang, W. Yan*,J. Zhang*, “Performance Enhancement from Catalysts to Membrane Electrode Assemblies for High-Temperature Proton Exchange Membrane Fuel Cells”,Nano Energy, 139, 110931.

文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2025.110931

第一作者簡介：

廖燦，福州大學材料科學與工程學院副教授，福建省教育科研類引進生，福建省高層次人才，碩士生導師。主要研究方向為高性能安全鋰電池隔膜與電解液的設計、制備及其相關性能的研究，聚焦于對鋰枝晶的控制和電池阻燃性能的研究。目前發(fā)表SCI論文40余篇，以第一作者或通訊作者身份在Nano Energy、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Func. Mater.、Energy Storage Mater.等國際知名期刊上發(fā)表學術(shù)論文10余篇，申請發(fā)明專利2項。截止目前，發(fā)表論文總被引用超2000余次，H-index: 31。

段松，福州大學材料科學與工程學院/新能源材料與工程研究院2022級博士生，師從張久俊院士和鄭云教授，主要研究方向為固態(tài)鋰金屬電池。共發(fā)表SCI論文16篇，其中以第一作者在J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.（熱點、高被引，2024威立中國開放科學高貢獻作者）等期刊發(fā)表SCI論文6篇。主持福州大學博士生科技創(chuàng)新專項基金，入選中國科協(xié)青年人才托舉工程博士生專項計劃，曾獲“盧嘉錫優(yōu)秀研究生獎”等多項榮譽。

王淑凡，福州大學化工學院/材料科學與工程學院/新能源材料與工程研究院2022級博士生，師從張久俊院士和鄭云教授，主要研究方向為氧還原電催化劑的設計合成及電化學性能研究。共發(fā)表SCI論文7篇，其中以第一作者在Prog. Mater. Sci.、Appl. Catal. B Environ.等期刊發(fā)表SCI論文4篇。

李政蒿，福州大學材料科學與工程學院/新能源材料與工程研究院2023級博士生，師從張久俊院士和鄭云教授。主要研究方向為固態(tài)/準固態(tài)電解質(zhì)，共發(fā)表SCI論文11篇，其中以第一作者在Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Funct. Mater.等期刊發(fā)表SCI論文4篇。

汪鴻遙，福州大學材料科學與工程學院/新能源材料與工程研究院2025級博士生，師從張久俊院士和鄭云教授。主要研究方向為固態(tài)/準固態(tài)聚合物電解質(zhì)，共發(fā)表SCI論文5篇，其中以第一作者在Adv. Mater.、eTransportation等期刊發(fā)表SCI論文2篇。

張?zhí)熘?，本科畢業(yè)于合肥工業(yè)大學，現(xiàn)為福州大學材料科學與工程學院/新能源材料與工程研究院2023級碩士研究生，師從鄭云教授和張久俊院士。主要研究方向為固態(tài)/準固態(tài)電解質(zhì)，共發(fā)表SCI論文6篇，其中以第一作者在Adv. Mater.、Adv. Energy Mater.等期刊發(fā)表SCI論文3篇。

來源：材料科學與工程公眾號。感謝論文作者團隊支持。

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