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

張強，清華大學(xué)長聘教授、博士生導(dǎo)師。曾獲得中國青年科技獎、科學(xué)探索獎、可持續(xù)發(fā)展青年科學(xué)家獎。長期從事能源化學(xué)與能源材料的研究。面向能源存儲和利用的重大需求，提出了鋰鍵化學(xué)、離子溶劑配合物概念，研制出復(fù)合金屬鋰負極等多種高性能能源材料，倡導(dǎo)了析鋰檢測、電池研發(fā)用化學(xué)機器人實驗平臺建設(shè)，通過鋰鍵化學(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)擔任國際期刊J. Am. Chem. Soc.副主編，曾擔任國際期刊 Angew. Chem.首屆顧問編輯，EES Batteries創(chuàng)刊主編，擔任Joule、Chem. Soc. Rev.、Chem. Commun.、J. Mater. Chem. A、Adv. Energy. Mater.、Energy Fuels、化工學(xué)報、儲能科學(xué)與技術(shù)等期刊編委。曾獲得教育部自然科學(xué)一等獎、化工學(xué)會基礎(chǔ)研究成果一等獎等。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。

研究方向鎖定：鋰電池等新能源材料領(lǐng)域

張強教授于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年在美國凱斯西儲大學(xué)進行博士后研究，2010年至2011年則前往德國馬普協(xié)會Fritz Haber研究所繼續(xù)深造。

2011年，張強教授在國外完成博士后研究，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，擔任清華大學(xué)長聘教授，2024年-至今，擔任清華大學(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，張強教授說道：“這一選擇背后，是出于對全球可持續(xù)發(fā)展趨勢的判斷，更源自對我國‘富煤、貧油、少氣’國情的深切體認。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)團隊承擔起固態(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，看著滿大街越來越多的電動汽車，我感到由衷欣慰。”

固態(tài)電池，取得重要突破

當下固態(tài)電池在實際應(yīng)用過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兼容高電壓正極與強還原性負極的極端化學(xué)環(huán)境。 

張強團隊提出“富陰離子溶劑化結(jié)構(gòu)”設(shè)計新策略，成功開發(fā)出一種新型含氟聚醚電解質(zhì)。該電解質(zhì)通過熱引發(fā)原位聚合技術(shù)，有效增強了固態(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）聚合物軟包全電池在施加1MPa（兆帕）外壓下，能量密度實現(xiàn)跨越式提升，達到604Wh/kg，遠超當下商業(yè)化電池。 

此外，該電池在滿充狀態(tài)下順利通過針刺與120攝氏度熱箱（靜置6小時）安全測試，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，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”，張強教授的展望

展望“十五五”，張強教授表示：“盼望我們的基礎(chǔ)研究具備更強的原創(chuàng)性與前瞻性，實現(xiàn)根本突破。基礎(chǔ)研究只有‘走在前面’，將來才能‘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，也離不開國家長期、穩(wěn)定的支持。”

展望“十五五”，張強教授說道：“我期待我國能構(gòu)建一個更加健康的創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)，加大對新能源、新材料等領(lǐng)域的人才培養(yǎng)力度，讓中國在全球新能源競爭中，實現(xiàn)持續(xù)引領(lǐng)。”

面對未來，張強教授團隊設(shè)定了科研新目標：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”，為祖國未來“儲能”，為綠色夢想“蓄力”！

信息來源：

固態(tài)電池，我國科學(xué)家取得重要突破.科技日報

清華大學(xué)張強教授采訪：“十五五”我所思·我所盼.光明日報頭版

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

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