随着全球加快推动绿色交通及新能源转型，兼具高能量密度与高安全性的先进电池技术，正成为电动车及大型储能设备发展的关键。锂金属电池因具备比传统锂离子电池更高的能量密度，被视为下一代电池的重要方向，但其在高电压运行下的稳定性问题，长期限制实际应用。香港中文大学（中大）研究团队近日提出一项全新的界面工程策略，透过在电池正极活性材料表面设计及组装特殊分子层，成功调控电极与电解质界面的化学环境，显著提升高电压锂金属电池的稳定性及循环寿命，为未来高性能电池开发提供新思路。相关研究成果已刊登于国际顶尖期刊《自然─纳米技术》(Nature Nanotechnology)。

锂金属电池凭借超高能量密度，被广泛认为是下一代电动车及储能系统的潜力方案。相较现有锂离子电池，锂金属电池有望提供更长续航里程，并进一步减轻电池重量。不过，当电池在高电压条件下运行时，电极与电解液之间的界面稳定性便成为影响整体性能与寿命的核心因素。研究指出，在这一肉眼难以观察的界面区域中，电解液分子容易发生氧化分解，产生的副产品不断堆积，最终导致电池性能迅速衰退，甚至失效。这一问题之所以难以突破，在於单靠改良电极材料，或仅调整电解液配方，往往都不足以从根本上解决界面反应失控的挑战。

中大工程学院机械与自动化工程学系教授卢怡君领导的研究团队，因而提出崭新思路：与其被动承受界面反应，不如主动改造界面的化学环境。团队在电池正极活性材料表面组装一层超薄而具明确功能的分子膜，犹如为材料穿上一层“分子外衣”，借此调节电解液分子接近界面时的行为。研究团队发现，透过改变膜上分子的“脾气”，有些分子“热情”地吸引电解液靠近，有些分子则“冷淡”地将电解液推开。科研人员借此如同调节温度般，精细调控界面的化学环境，在吸引与排斥之间取得最佳平衡，使界面既能形成保护层、抑制有害副反应，又不致过度妨碍电池正常运作。

在实验中，经分子膜修饰的正极即使在高电压及60°C高温等严苛条件下，循环200次后仍可保持80%的初始容量；相较之下，未经修饰的电极性能衰减则明显更快。研究团队指出，这项改进并非通过增加电极或电解液系统的复杂程度来达成，而是在界面上进行精准且可控的化学修饰，显示该方法有望与现有电池制造工艺相结合，毋须对整个系统作大幅改动。

卢怡君表示，这项研究从分子层面揭示了电极—电解质界面的作用机制，不仅提出新的科学见解，也展示出一条设计电池界面的新路径。她指出，虽然目前相关验证仍处于电池实验室的小规模阶段，但从原理上看，这种方法具备拓展至更大规模电池系统的潜力。团队期望有关研究可为下一代高能量密度、高稳定性的锂金属电池开发提供重要指引，并推动这类电池早日迈向实际应用，为电动车及储能产业开拓更广阔的发展空间。