伴随着电子产品对大众日常生活的渗透，人们对于储能电池的需求日益增长，也对提出电池更高的储能和安全性要求。在各类体系中，金属锂是研究下一代电池负极材料的热点对象，但是，目前金属锂负极在充放电过程中易形成针状或树枝状的锂枝晶，这会给电池体系带来不可逆的容量损失，甚至可能会穿过隔膜而导致电池正负极内部短路，埋下电池过热自燃等安全隐患。科研工作者们为解决这些重点问题从多角度进行了诸多尝试，但收获有限。近日，《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）选取的一张中国传统国画封面，寓示着清华大学化工系张强课题组在金属锂负极形核和无枝晶生长领域取得了新进展。
封面图传达的正是张强课题组此次关于金属锂负极形核和无枝晶的核心思想：“亲锂位点定向形核”。国画传统水墨风绘制出大家耳熟能详的“小蝌蚪找妈妈”故事，而在化学版本的故事中，小蝌蚪通过“锂”就能轻松找到青蛙妈妈，正如同在充电过程中，锂离子以掺氮石墨烯为骨架，实现稳定的、无枝晶的金属锂沉积：锂离子优先定位在导电亲锂的掺氮位点并沉积形成均匀、密集分布的金属锂形核点。在后续充电过程中，锂离子将基于这些均匀、密集的形核点进行沉积，从而避免了普通铜箔上形核点过度分散造成的金属锂枝晶生长行为。这一新型金属锂负极结构不仅实现了无枝晶的高安全性金属锂沉积特性，还表现出了优异的电化学性能。
为抑制金属锂负极的枝晶生长，张强研究团队加强与相关领域团队的合作，通过与美国德雷塞尔大学的尤里·高果奇研究团队、华中科技大学江建军研究团队的合作探究，提出纳米金刚石共沉积策略来调控锂离子的形核和沉积行为。
近年来，张强课题组在金属锂负极研究领域，通过原位手段研究固态电解质面膜，采用纳米骨架、人工固态电解质界面膜、表面固态电解质保护金属锂、调控金属锂的沉积行为、抑制锂枝晶生长，实现金属锂的高效安全利用。其相关研究成果发表在《微尺度》（Small）、《美国化学学会·纳米》（ACS Nano）、《化学评述》（Chemical Reviews）等众多知名期刊上，并申请了一系列发明专利。张强课题组的研究被认为是在金属锂负极形核和无枝晶生长领域的取得的重要突破性进展。
