我科研團(tuán)隊揭示電荷儲存聚集反應(yīng)新機(jī)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(xué)獲悉，該校廖洪鋼教授、孫世剛院士團(tuán)隊、北京化工大學(xué)陳建峰院士團(tuán)隊等基于其自主研發(fā)的高時空分辨電化學(xué)原位液相透射電子顯微系統(tǒng)，首次發(fā)現(xiàn)了鋰硫電池中存在獨特界面反應(yīng)機(jī)制，這一發(fā)現(xiàn)或?qū)娜陆嵌韧七M(jìn)新一代高能量密度和儲能效率的鋰硫電池的發(fā)展。相關(guān)研究論文9月6日發(fā)表在國際期刊《自然》上。
在“雙碳”目標(biāo)下，發(fā)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(zhì)界面的化學(xué)反應(yīng)對于電池設(shè)計至關(guān)重要。
研究人員介紹，高能量密度、低成本的鋰硫電池發(fā)展?jié)摿薮螅芟抻趥鹘y(tǒng)原位表征工具的時空分辨率局限和鋰硫體系的不穩(wěn)定性及環(huán)境敏感屬性，其原子、納米尺度上的界面反應(yīng)過程至今難以明確，從而制約了高性能鋰硫電池發(fā)展。這一反應(yīng)過程也被學(xué)界及業(yè)界視作神秘的“黑匣子”。
為此，研究團(tuán)隊自主研發(fā)了高時空分辨電化學(xué)原位液相透射電鏡，耦合真實電解液環(huán)境和外加電場，實現(xiàn)了在原子尺度上對鋰硫電池界面反應(yīng)的動態(tài)實時觀測和研究。
在觀測研究中，研究團(tuán)隊首次發(fā)現(xiàn)了在鋰硫電池中存在著獨特的界面反應(yīng)機(jī)制。不同于傳統(tǒng)模型觀測到的傳統(tǒng)電化學(xué)反應(yīng)過程，新發(fā)現(xiàn)的界面反應(yīng)過程顯示，引入金屬納米團(tuán)簇活性中心的表面誘導(dǎo)多硫化鋰聚集和電荷儲存，導(dǎo)致界面分子聚集體的形成以及電極界面的集體電子轉(zhuǎn)移。這一發(fā)現(xiàn)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(tài)、集體電荷儲存和硫化鋰瞬時結(jié)晶等過程。
這項突破傳統(tǒng)理論的研究成果有望從全新角度推進(jìn)鋰硫電池電極材料和體系的設(shè)計和研發(fā)，促進(jìn)高比能、高功率、快充鋰硫電池的發(fā)展。論文第一作者周詩遠(yuǎn)表示，該研究緣起于2016年，團(tuán)隊希望通過解決業(yè)界面臨的關(guān)鍵性科學(xué)問題，探索下一代最具應(yīng)用潛力的電池體系。（符曉波）
責(zé)任編輯：高慧君
校對：吳蘇靈
