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科技日報訊 (記者符曉波)記者9月19日從廈門大學獲悉，該校廖洪鋼教授、孫世剛院士團隊和北京化工大學陳建峰院士團隊合作，基于其自主研發(fā)的高時空分辨電化學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的界面反應機制，這一發(fā)現(xiàn)或將從全新角度推進新一代高能量密度和高儲能效率的鋰硫電池研發(fā)。相關研究論文日前發(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，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。這一反應過程也被學界及業(yè)界視作神秘的“黑匣子”。

為此，研究團隊自主研發(fā)了高時空分辨電化學原位液相透射電鏡，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的動態(tài)實時觀測和研究。

在觀測研究中，研究團隊首次發(fā)現(xiàn)了鋰硫電池中存在著獨特的界面反應機制。不同于傳統(tǒng)模型觀測到的傳統(tǒng)電化學反應過程，新發(fā)現(xiàn)的界面反應過程顯示，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(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鋰硫電池電極材料和體系的設計研發(fā)，促進高比能、高功率、快充鋰硫電池的發(fā)展。論文第一作者周詩遠介紹，團隊希望通過解決業(yè)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。

關鍵詞： 電荷 研究團隊 電化學 電池 能量密度