科技日報(bào)訊 記者9月19日從廈門大學(xué)獲悉，該校廖洪鋼教授、孫世剛院士團(tuán)隊(duì)和北京化工大學(xué)陳建峰院士團(tuán)隊(duì)合作，基于其自主研發(fā)的高時(shí)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(dú)特的界面反應(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高儲(chǔ)能效率的鋰硫電池研發(fā)。相關(guān)研究論文日前發(fā)表在《自然》上。

在“雙碳”目標(biāo)下，研發(fā)具有高能量密度和高儲(chǔ)能效率的二次電池體系成為研究熱點(diǎn)，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(jì)至關(guān)重要。

研究人員介紹，高能量密度、低成本鋰硫電池發(fā)展?jié)摿薮?，但受限于傳統(tǒng)原位表征工具的時(shí)空分辨率及鋰硫體系的不穩(wěn)定性和環(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(duì)自主研發(fā)了高時(shí)空分辨電化學(xué)原位液相透射電鏡，耦合真實(shí)電解液環(huán)境和外加電場，實(shí)現(xiàn)了在原子尺度上對鋰硫電池界面反應(yīng)的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)觀測和研究。

在觀測研究中，研究團(tuán)隊(duì)首次發(fā)現(xiàn)了鋰硫電池中存在著獨(dú)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)簇活性中心的表面能誘導(dǎo)多硫化鋰聚集和電荷儲(chǔ)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(chǔ)存和硫化鋰瞬時(shí)結(jié)晶等過程。

這項(xiàng)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(jì)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)介紹，團(tuán)隊(duì)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。

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