喜報 | “鋰硫電池反應新機制研究”入選2023年度“中國科學(xué)十大進(jìn)展”

廖洪鋼教授（左）參加2023年度中國科學(xué)十大進(jìn)展發(fā)布會(huì )并代表團隊領(lǐng)獎

發(fā)現鋰硫電池界面電荷存儲聚集反應機制

電化學(xué)原位透射電子顯微鏡技術(shù)研究鋰硫電池界面反應

鋰硫電池具有極、高的能量密度（理論值：2600 Wh kg^-1）和較低的成本，然而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)境敏感性等因素，在原子/納米尺度上對鋰硫電池界面反應的理解尚不深入。廈門(mén)大學(xué)廖洪鋼、孫世剛和北京化工大學(xué)陳建峰等采用CHIPNOVA（超新芯）透射電鏡液體電化學(xué)原位系統，耦合真實(shí)電解液環(huán)境和外加電場(chǎng)，實(shí)現對鋰硫電池界面反應原子尺度動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)觀(guān)測和研究。發(fā)現電池活性材料表面分子聚集成為分子團進(jìn)行反應，電荷轉移可以首先存儲在聚集分子團中，分子團得到電子但不會(huì )發(fā)生轉化，直到獲得足夠電子后瞬時(shí)結晶轉化。而沒(méi)有活性的材料表面遵循經(jīng)典的單分子反應途徑，多硫化鋰分子逐步轉化為L(cháng)i2S。模擬計算表明，活性中心與多硫化鋰之間的靜電作用促進(jìn)了Li+和多硫分子的聚集，證實(shí)分子聚集體中的電荷可以自由轉移。近百年來(lái)，電化學(xué)界面反應通常被認為僅存在“內球反應”和“外球反應”單分子途徑。該研究揭示了電化學(xué)界面反應存在第三種“電荷存儲聚集反應”機制，加深了對多硫化物演變及其對電池表界面反應動(dòng)力學(xué)影響的認識，為下一代鋰硫電池設計提供指導。

以上來(lái)源：中國科學(xué)院院刊、廈大化學(xué)化工學(xué)院

廖洪鋼 教授

廈門(mén)大學(xué)

科研工作介紹：開(kāi)發(fā)多種原位電鏡芯片反應器及系統，將液體、氣體引入電子顯微鏡并與電、熱、光、力等外場(chǎng)相結合，實(shí)現原子尺度實(shí)時(shí)成像、價(jià)態(tài)等動(dòng)態(tài)反應過(guò)程信息獲取，為化學(xué)、材料基礎研究及應用提供了一個(gè)新的微觀(guān)視角。實(shí)時(shí)觀(guān)察研究了溶液中多種納米晶的成核生長(cháng)及形貌演變過(guò)程，革新了納米晶生長(cháng)規律的認識，被報道為“塑造納米晶體的未來(lái)”，“改變了一百多年來(lái)對晶體生長(cháng)規律的認知”。近百年來(lái)電化學(xué)界面反應通常被認為僅存在“內球反應”和“外球反應”單分子途徑，電化學(xué)反應的原位研究在原子/分子尺度揭示了電極表面分子、離子的聚集形態(tài)、電子轉移反應過(guò)程，發(fā)現電化學(xué)界面反應存在第三種“電荷存儲聚集反應”機制，為下一代電池設計提供指導。