隨著5G、可穿戴電子、電動車和大規模儲能的發展，對鋰電池的性能提出更高的要求，需要發展新一代鋰電池。鋰電池（屬於鹼金屬電池，AMB）因其比容量高，氧化還原電位低而成為了最有前景的下一代高比能電池體系。然而，
枝晶生長和嚴重的安全隱患限制了鋰電池的產業化。經過多年的發展，在鹼金屬負極的產業化的過程中，其在安全性和循環壽命方面仍然存在巨大的挑戰。
圖1 鹼金屬負極三部曲：從實驗室到產業化
近期，北京大學深圳研究生院新材料學院潘鋒教授課題組與華中科技大學黃雲輝團隊合作在國際頂級能源雜誌Joule（Cell 子刊）期刊上發表題為“鹼金屬負極：從實驗室到產業”的綜述和展望論文（Alkali-Metal Anodes: From Lab to Market ,Joule (2019) 3, 2334）。文章將鹼金屬負極的產業化過程分為三個階段:第一個階段是鹼金屬負極的基礎研究;第二階段是鹼金屬負極在特定電池體系中的應用，如鹼金屬-硫電池、鹼金屬-氧氣電池和固態電解質；第三階段是如何實現產業化，討論了面向產業化安全、成本和實際能量密度方面的要求。文章在概括鹼金屬研究進展的基礎上，試圖探索鹼金屬負極在特定電池體系中的應用，並重點討論了在該領域的基礎研究與應用開發及產業化之間的內在聯繫，以期為鹼金屬負極的未來發展提供參考。
圖2 固態電池界面工程的典型策略和理論解釋
在下一代電池體系中的應用中，鹼金屬負極被認為是下一代電池理想的電極材料，因為他們有一個完美匹配高比容量的硫和氧氣正極。此外，全固態電池良好的安全性能也為鹼金屬負極的應用帶來了新的機遇，它包括鋰、鈉和鉀金屬負極及硫為正極的固態電池。
圖3 鹼金屬硫電池中的負極保護典型策略
產業化應用中涉及的主要問題包括電池性能的真實評估、電池安全性的考慮、電池成本的控制以及電池的可加工性。雖然目前鹼金屬負極的產業化進程還處於初級階段，其存在的安全性差，庫倫效率低等問題還有待解決。文章相信在學術界和產業界的共同努力下新一代電池最終會實現產業化。
圖4 新一代不同電池配置的特點
向經緯博士和楊盧奕博士為本文共同第一作者，黃雲輝、袁利霞和潘鋒教授為共同通信作者。該工作得到了國家材料基因工程重點研發計劃、廣東省重點實驗室、深圳市科技創新委員會等項目的大力支持。（來源：北京大學新材料學院）
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