四川大学刘文博教授团队ESM：三维多孔“莫比乌斯环”状FeSn合金助力高性能锂离子电池

第一作者：刘焕岩

通讯作者：刘文博*

单位：四川大学

锡是一种极具潜力的锂离子电池负极材料，当在嵌锂形成Li_4.4Sn合金时，其容量可高达994 mAh g⁻¹。然而，此过程会产生很大的体积变化（约260%），从而在材料内部产生机械应力，进而导致电接触不良和显着的容量衰减。为克服上述困难，对电极进行特定的形态修饰是一种有效的策略。与传统平面结构电极相比，3D多孔电极具有更大的比表面积和更多的内部微空间，这有助于改善活性材料负载量，并有助于适应锂化-脱锂过程中结构的体积膨胀。然而，仍无法满足长期稳定循环的需求，有待进一步优化缓解活性材料锂化-脱锂过程产生的内应力。

“莫比乌斯环” 在可展表面上拥有最小的表面能态，具有多种独特物理性质，已应用于包括拓扑学、几何学、流体力学、建筑设计和艺术等各个领域。从材料力学理论出发，不断扭曲“莫比乌斯环”表面可以有效缓解应力集中，提供从一个位置的平滑形态转变到截面无突变的另一形态。例如，在实际工程应用中，由于圆角应力集中低于尖端，明石海峡大桥、埃菲尔铁塔和北京凤凰国际传媒中心等建筑物合理利用了“莫比乌斯环”的结构优势。因此，可以预测，将扭曲形貌与3D分层多孔结构相结合的设计策略可有效增强锡基负极循环稳定性，具有很大的应用前景。遗憾的是，在微纳尺度上，该策略目前尚未见报道。

近日，四川大学刘文博教授团队通过脱合金和溶胶-凝胶热解法构建了新型高扭曲的3D分层多孔“莫比乌斯环”状FeSn电极（HD-3D-HPFeSn@C），不仅缓解了在充放电过程中的巨大体积膨胀，也有效改善了Li⁺传质并提高了电极整体的导电性，从而获得了优异的储锂性能，为下一代高性能锂离子电池负极提供了一种新颖且通用的设计理念。相关研究成果以“Mobius strip-like” FeSn alloy: A novel highly-distorted 3D hierarchical porous anode for ultrafast and stable Li storage”为题发表于材料科学领域国际能源顶级期刊《Energy Storage Materials》(IF: 20.4)，文章第一作者为刘焕岩助理研究员。

“Mobius strip-like” FeSn alloy: A novel highly-distorted 3D hierarchical porous anode for ultrafast and stable Li storage

刘文博教授简介：四川大学教授、博士生导师，先后入选四川省海外高层次人才引进计划、国家人社部“香江学者计划”、成都市青年科技创新人才、成都市天府海智计划专家和四川大学人才引进计划，并被授予四川省特聘专家称号。长期从事新型功能化微纳多孔金属基材料的快速成形及其在能源、环保、催化、传感等前沿领域的应用基础研究。在Adv. Funct. Mater. (cover), Energy Storage Mater., Chem. Eng. J., J. Mater. Chem. A (cover)等国内外高水平期刊上发表学术论文100余篇，申报国家发明专利28项，授权18项，转化2项，获得多项省部级科学技术奖励。研究成果在Springer Nature、Elsevier、AIE、ASN等国际知名科技网站进行专题报道，并被国际可视化期刊JoVE邀请拍摄成视频出版。

刘焕岩：四川大学助理研究员，主要从事能源存储器件（锌离子电池、锂离子电池、超级电容器）关键材料的研究工作。在Energy Environ. Sci., Mater. Today, Energy Storage Mater., Adv. Sci., Chem. Eng. J. 等期刊发表SCI论文30余篇，被引2800余次，H因子29。

多孔材料与器件先进制造课题组长期聚焦新型功能化微纳多孔材料和器件的先进制造技术及在能源（二次电池、超级电容器、燃料电池）、环保（有机物降解、水处理）、催化（电催化、光催化）、传感（生物医学传感器、电化学传感器）等前沿科技领域的创新应用研究。近年来，承担并参与完成国家“973”计划项目、国家重点研发计划项目、国家自然科学基金、四川省重点研发计划等二十余项科研项目，同时加强与地方企业产学研合作，积极推进科技成果转化，助力产业发展，获得多项省部级科学技术奖励，相关成果曾多次在国内外知名科技网站/学术性刊物进行专题报道和重点评述，受到国内外科技工作者的广泛关注，具有较好的国际影响力。