科研人员揭示锂硫电池微观反应“黑箱”
记者6月24日从厦门大学获悉，该校孙世刚院士、廖洪钢教授团队联合华中科技大学黄云辉教授团队等，借助自主开发的电化学原位液相透射电子显微装置，首次观测到电极/电解液界面处由浓度驱动的相分离现象，并揭示了锂硫电池中高浓度多硫化锂界面层的形成与演化规律，为设计和发展高能量密度、快充锂硫电池体系提供了新的理论基础。相关成果最近发表在《自然》杂志上。
锂硫电池是下一代高比能储能电池的重要体系，但在接近实际应用的高硫载量、贫电解液条件下，其内部反应微观机制难以被观测和阐释，从而长期限制着电池能量密度、快充性能与循环稳定性的提升。该研究突破传统观测手段局限，借助电化学原位液相透射电子显微镜，实现了对锂硫电池纳米尺度界面反应的高分辨率实时动态成像。
研究发现，在放电过程中，多硫化锂会持续向电极界面富集并发生相分离，形成富含离子团的高浓度界面层，构建起两条硫化锂沉积路径，一是在电极表面发生电荷转移反应与沉积，二是在电解液中发生电荷转移与沉积生长。两条路径共同决定锂硫电池中硫转化反应的效率和稳定性。
基于上述发现，团队为高比能、快充型锂硫电池的材料设计和界面调控提出优化方案，即通过合理调控多硫化锂浓度、硫含量和电极界面结构，在表面介导成核和溶液介导生长之间建立平衡，从而实现高效硫转化，提升锂硫电池的性能。
该项研究揭示了锂硫电池中微米级厚度硫化锂沉积层形成的谜题，为下一代高能量密度、快充和长寿命储能器件的设计提供了新的科学依据。
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