原標題：《自然》雜志刊發(fā)，廈大團隊科研新成果亮相

鋰硫電池“黑箱”終于被打開

記者近日從廈門大學獲悉，該校孫世剛院士、廖洪鋼教授團隊聯(lián)合華中科技大學黃云輝教授團隊等，借助自主開發(fā)的電化學原位液相透射電子顯微裝置，首次觀測到電極/電解液界面處由濃度驅動的相分離現(xiàn)象。

該發(fā)現(xiàn)揭示了鋰硫電池中高濃度多硫化鋰界面層的形成與演化規(guī)律，為設計和發(fā)展高能量密度、快充鋰硫電池體系提供了新的理論基礎。相關研究成果發(fā)表于《自然》雜志。

據(jù)悉，固—液界面的電荷傳遞在各類儲能系統(tǒng)中發(fā)揮核心作用，尤其當反應物濃度不斷變化時，看清真實反應界面如何反應，一直是國際謎題�！颁嚵螂姵刈鳛樽罹邼摿Φ南乱淮�高比能儲能電池之一，其內部反應在實際使用條件下，極難被觀測，界面反應一直像個‘黑箱’，嚴重限制了電池性能提升�！绷魏殇摻淌诮忉屨f。

為突破這一瓶頸，團隊在前期研究工作的基礎上，進一步運用電化學原位液相透射電子顯微鏡，克服了傳統(tǒng)電鏡只能在真空條件下觀測靜態(tài)樣本的缺點，實現(xiàn)了對鋰硫電池納米尺度界面反應的高分辨實時動態(tài)成像、觀察。

研究表明，在實際使用條件下，放電時多硫化鋰持續(xù)向電極界面聚集，在局部形成高濃度界面層，隨后，這些高濃度多硫化鋰發(fā)生相分離，形成大量富含離子團的類液團結構。借助高分辨率的實時動態(tài)成像，團隊首次清晰地闡明了界面層中硫化鋰沉積存在的兩條競爭路徑：一是在電極表面直接發(fā)生電荷轉移反應與沉積，二是在電解液中反應沉積生長。

工作人員介紹，這兩條路徑就像兩個不同的沉積工廠，一個在電極上，一個在溶液里，它們相互搶奪原料，最終影響電池表現(xiàn)。這兩條路徑的競爭與平衡，共同決定鋰硫電池中硫轉化反應的效率和穩(wěn)定性。

過去，多硫化鋰聚集通常被視為導致穿梭效應和容量衰減的負面因素。但這次研究發(fā)現(xiàn)：在受限的高濃度界面環(huán)境中，這些多硫化鋰離子聚集體，反而能成為快速的電子傳遞和硫轉化的介質。這說明，界面反應不是簡單的二維界面反映，而是隨濃度、結構不斷變化的三維動態(tài)過程。

基于這些發(fā)現(xiàn)，團隊提出了優(yōu)化電極設計的策略：通過合理調控多硫化鋰濃度、硫含量和電極界面結構，平衡表面和溶液中的沉淀過程，來提高硫轉化效率。電化學測試表明，適當?shù)母邼舛入m然會增加電解液黏度和電阻，但能顯著降低界面電子傳遞的阻力，從而保持低極化和快反應速度。

該項研究破解了鋰硫電池中微米級厚度硫化鋰沉積層形成的難題，為下一代高能量密度、快充和長壽命儲能器件的設計提供了科學依據(jù)。（記者 李珂 實習生 鄭新堯）