现代工程与应用科学学院何平、周豪慎老师团队在固态锂金属电池负极/电解质界面稳定性研究领域取得新进展。相关研究论文以“Germanium Thin Film Protected Lithium Aluminum Germanium Phosphate for Solid-State Li Batteries”为题在能源领域国际著名刊物Advanced Energy Materials上发表（https://doi.org/10.1002/aenm.201702374）。
图1. (上) 固态固体电解质表面溅射锗薄膜示意图；(下) 固态锂-锂对称电池充放电示意图。
金属锂电池因为高比能量受到广泛的关注。目前锂电池使用的液态有机电解液存在安全隐患，可能发生泄露、燃烧和爆炸等问题。此外，使用金属锂作为负极的锂电池在电池循环过程中，负极锂枝晶可能刺穿电解液层，导致电池短路，从而发生燃烧或爆炸等安全事故。为了从根本上解决这一问题，研究者使用固态电解质作为锂离子导体。固态电解质具有锂离子电导率较高、电化学窗口宽、机械强度高等优点。NASICON型固体电解质LAGP具有较高的锂离子电导率（10-4 S/cm）和较宽的电化学窗口（6V vs Li/Li+），并且其在空气中非常稳定，因此常被用于固态锂空气电池。但是LAGP中的四价锗会被金属锂还原成零价或者二价锗。为了保护固态电解质，课题组在LAGP表面溅射一层纳米锗薄膜，一方面抑制四价锗的还原，另一方面使得电解质和金属锂接触更紧密（图1上）。锗薄膜保护的固体电解质片显示出优秀的电化学性能。使用锗薄膜保护的固态电解质片组装的固态锂电池显示出良好的电化学性能，相同电流下充放电镀锗薄膜的对称电池过电位明显降低（图1下），并且可以稳定循环200个小时。此外，课题组通过EIS、SEM、XPS等手段发现镀锗后的电解质稳定性显著提高。这种巧妙的固体电解质的保护方法有助于推动固态锂金属电池的应用。
现代工程与应用科学学院2015级博士研究生刘一杰为该文第一作者，何平和周豪慎老师为论文的通信作者。该工作得到国家重大科学研究项目、国家自然科学基金、江苏省自然科学基金和江苏省优势学科的支持。