在不影響電池質(zhì)量和體積的情況下，制造具有巧妙控制的電荷和質(zhì)量傳輸通道的卓越的人工夾層，對于實用的鋰金屬電池（LMB）仍具有挑戰(zhàn)性。

在此，西安交通大學(xué)丁書江教授、陜西師范大學(xué)楊鵬教授等人受Brasenia schreberi（一種天然水生植物，具有獨特的多糖生物通道來潤滑H₂O運輸）的啟發(fā)，提出了一種超薄（137 nm）和超輕（0.1 mg cm^-2）的自潤滑離子封閉人工層（SLIC）來改善LMB的電荷/質(zhì)量運輸。

采用大規(guī)模的可行性卷對卷技術(shù)加上相變?nèi)芫福≒TL）的自組裝構(gòu)建了靈活和經(jīng)濟的SLIC。

圖1. SLIC的作用機制

動力學(xué)分析、DFT理論計算和COMSOL模擬表明，PTL-SLIC由于其豐富的極性官能團和獨特的微孔通道促進(jìn)了電荷轉(zhuǎn)移和Li+傳輸。SLIC形成含LiF的有機/無機混合SEI具有高楊氏模量阻礙了鋰枝晶生長。

此外，由于SLIC內(nèi)的加速電荷/質(zhì)量傳輸，Li電鍍和剝離行為也得到了很好的調(diào)節(jié)，即使在5 mA cm^?2的高電流密度和10 mAh cm^?2容量密度下，Li||Cu電池也表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性，并且與不同電解質(zhì)（醚類和酯類）具有兼容性。

特別地，SLIC改性的Cu可以在低成本的環(huán)境條件下，通過大規(guī)模的卷對卷技術(shù)結(jié)合自制設(shè)備中的自組裝過程不斷生產(chǎn)。

因此，這種生物質(zhì)材料設(shè)計理念為解決鋰枝晶問題開辟了一個可擴展、經(jīng)濟、 和環(huán)保的方向同時促進(jìn)了天然生物材料在儲能領(lǐng)域的應(yīng)用。

圖2. P-Cu電池的電化學(xué)性能

Ultra-thin and ultra-light self-lubricating layer with accelerated dynamics for anode-free lithium metal batteries, Energy Storage Materials 2023 DOI: 10.1016/j.ensm.2023.03.017