Китайская исследовательская группа впервые в реальном времени наблюдала фазовое разделение на границе раздела в литий-серных батареях

Репортаж от Wedoany，Команда академика Сунь Шигана и профессора Ляо Хунгана из Университета Сямэня совместно с командой профессора Хуан Юньхуэя из Хуачжунского университета науки и технологий, используя самостоятельно разработанную электрохимическую установку для жидкостной просвечивающей электронной микроскопии in situ, впервые в реальном времени на нанометровом масштабе наблюдали явление фазового разделения, вызванное концентрацией на границе раздела электрод/электролит, и раскрыли закономерности формирования и эволюции граничного слоя с высокой концентрацией полисульфида лития в литий-серных батареях. Соответствующие результаты были опубликованы в журнале Nature.

Литий-серные батареи рассматриваются как важная система для следующего поколения высокоэнергетических накопителей энергии, однако в условиях, приближенных к реальному применению, таких как высокая загрузка серы и бедный электролит, внутренние микроскопические механизмы реакций долгое время оставались недоступными для наблюдения и объяснения, что сдерживало повышение энергетической плотности, быстродействия и циклической стабильности батарей. Исследовательская группа преодолела ограничения традиционных методов наблюдения, используя электрохимическую жидкостную просвечивающую электронную микроскопию in situ для получения высокоразрешающей динамической визуализации таких граничных реакций в реальном времени.

Наблюдения показали, что в процессе разряда полисульфид лития непрерывно накапливается на границе раздела электрода и подвергается фазовому разделению, образуя высококонцентрированный граничный слой, богатый ионными кластерами, что создает два пути осаждения сульфида лития: первый — реакция переноса заряда на поверхности электрода с последующим осаждением; второй — перенос заряда в электролите с последующим осаждением и ростом. Оба пути совместно определяют эффективность и стабильность реакции превращения серы в литий-серных батареях.

На основе вышеуказанных открытий команда предложила оптимизированную схему для проектирования материалов и регулирования границы раздела в высокоэнергетических и быстрозарядных литий-серных батареях, а именно: путем разумного регулирования концентрации полисульфида лития, содержания серы и структуры границы раздела электрода установить баланс между поверхностно-опосредованным зародышеобразованием и растворно-опосредованным ростом, тем самым достигая эффективного превращения серы и повышая производительность батарей. Это исследование раскрыло механизм формирования слоя осаждения сульфида лития микронной толщины и предоставило новую научную основу для проектирования следующего поколения накопителей энергии с высокой энергетической плотностью, быстрой зарядкой и длительным сроком службы.

Данный материал скомпилирован платформой Wedoany. При цитировании материалов, созданных с помощью искусственного интеллекта (ИИ), необходимо обязательно указывать источник — «Wedoany». В случае выявления нарушения прав или иных проблем просим своевременно информировать нас. Сайт оперативно внесёт изменения или удалит материал.Электронная почта: news@wedoany.com