我科研團隊揭示電荷儲存聚集反應新機制
來源：科技日報 時間：2023-09-08 11:39
9月7日，記者從廈門大學獲悉，該校廖洪鋼教授、孫世剛院士團隊、北京化工大學陳建峰院士團隊等基于其自主研發的高時空分辨電化學原位液相透射電子顯微系統，首次發現了鋰硫電池中存在獨特界面反應機制，這一發現或將從全新角度推進新一代高能量密度和儲能效率的鋰硫電池的發展。相關研究論文9月6日發表在國際期刊《自然》上。
在“雙碳”目標下，發展具有高能量密度和儲能效率的二次電池體系成為研究熱點，其中在原子、分子層次揭示電極和電解質界面的化學反應對于電池設計至關重要。
研究人員介紹，高能量密度、低成本的鋰硫電池發展潛力巨大，但受限于傳統原位表征工具的時空分辨率局限和鋰硫體系的不穩定性及環境敏感屬性，其原子、納米尺度上的界面反應過程至今難以明確，從而制約了高性能鋰硫電池發展。這一反應過程也被學界及業界視作神秘的“黑匣子”。
為此，研究團隊自主研發了高時空分辨電化學原位液相透射電鏡，耦合真實電解液環境和外加電場，實現了在原子尺度上對鋰硫電池界面反應的動態實時觀測和研究。
在觀測研究中，研究團隊首次發現了在鋰硫電池中存在著獨特的界面反應機制。不同于傳統模型觀測到的傳統電化學反應過程，新發現的界面反應過程顯示，引入金屬納米團簇活性中心的表面誘導多硫化鋰聚集和電荷儲存，導致界面分子聚集體的形成以及電極界面的集體電子轉移。這一發現揭示了金屬活性中心與多硫化鋰之間的長程靜電作用、多硫化鋰聚集體的形態、集體電荷儲存和硫化鋰瞬時結晶等過程。
這項突破傳統理論的研究成果有望從全新角度推進鋰硫電池電極材料和體系的設計和研發，促進高比能、高功率、快充鋰硫電池的發展。論文第一作者周詩遠表示，該研究緣起于2016年，團隊希望通過解決業界面臨的關鍵性科學問題，探索下一代最具應用潛力的電池體系。（符曉波）
責任編輯：高慧君
校對：吳蘇靈
