記者9月19日從廈門(mén)大學(xué)獲悉，該校廖洪鋼教授、孫世剛院士團隊和北京化工大學(xué)陳建峰院士團隊合作，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，首次發(fā)現了鋰硫電池中存在獨特的界面反應機制，這一發(fā)現或將從全新角度推進(jìn)新一代高能量密度和高儲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”目標下，研發(fā)具有高能量密度和高儲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)反應對于電池設計至關(guān)重要。
研究人員介紹，高能量密度、低成本鋰硫電池發(fā)展潛力巨大，但受限于傳統原位表征工具的時(shí)空分辨率及鋰硫體系的不穩定性和環(huán)境敏感屬性，其原子、納米尺度上的界面反應過(guò)程至今難以明確，從而制約了高性能鋰硫電池發(fā)展。這一反應過(guò)程也被學(xué)界及業(yè)界視作神秘的“黑匣子”。
為此，研究團隊自主研發(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(chǎng)，實(shí)現了在原子尺度上對鋰硫電池界面反應的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)觀(guān)測和研究。
在觀(guān)測研究中，研究團隊首次發(fā)現了鋰硫電池中存在著(zhù)獨特的界面反應機制。不同于傳統模型觀(guān)測到的傳統電化學(xué)反應過(guò)程，新發(fā)現的界面反應過(guò)程顯示，引入金屬納米團簇活性中心的表面能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(fā)現揭示了金屬活性中心與多硫化鋰之間的長(cháng)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(shí)結晶等過(guò)程。
這項突破傳統理論的研究成果，有望從全新角度推進(jìn)鋰硫電池電極材料和體系的設計研發(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(shī)遠介紹，團隊希望通過(guò)解決業(yè)界面臨的關(guān)鍵性科學(xué)問(wèn)題，探索下一代最具應用潛力的電池體系。（來(lái)源：科技日報 記者符曉波)
