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”

更新時(shí)間:2024-03-01      點(diǎn)擊次數:805

2月29日,國家自然科學(xué)基金委員會(huì )發(fā)布2023年度中國科學(xué)十大進(jìn)展。廈門(mén)大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院、固體表面物理化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗室廖洪鋼教授(超新芯科技總經(jīng)理)、孫世剛院士團隊和北京化工大學(xué)陳建峰等研究成果“發(fā)現鋰硫電池界面電荷存儲聚集反應新機制”入選。

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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

 

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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。

 

 

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“中國科學(xué)十大進(jìn)展”遴選活動(dòng)旨在宣傳我國重大基礎研究科學(xué)進(jìn)展,激勵廣大科技工作者的科學(xué)熱情,開(kāi)展基礎研究科學(xué)普及,促進(jìn)公眾了解、關(guān)心和支持基礎研究,在全社會(huì )營(yíng)造濃厚的科學(xué)氛圍。自2005年啟動(dòng)以來(lái),已成功舉辦18屆。“中國科學(xué)十大進(jìn)展”遴選活動(dòng)堅持由第三方推薦的原則,并由基礎研究領(lǐng)域的高水平專(zhuān)家學(xué)者廣泛參與投票,確保遴選結果的公正性和代表性。歷年入選進(jìn)展較為全面地記錄了我國基礎科學(xué)研究的重要成果,得到了社會(huì )各界廣泛關(guān)注,已成為盤(pán)點(diǎn)我國基礎研究領(lǐng)域年度重大科學(xué)成果的品牌活動(dòng)。

 

2023年度第19屆“中國科學(xué)十大進(jìn)展”遴選活動(dòng)由國家自然科學(xué)基金委員會(huì )主辦,國家自然科學(xué)基金委員會(huì )高技術(shù)研究發(fā)展中心(基礎研究管理中心)和科學(xué)傳播與成果轉化中心承辦,《中國基礎科學(xué)》《科技導報》《中國科學(xué)院院刊》《中國科學(xué)基金》《科學(xué)通報》協(xié)辦,分為推薦、初選、終選、審議4個(gè)環(huán)節?!吨袊A科學(xué)》等推薦了2022年12月1日至2023年11月30日期間正式發(fā)表的600多項科學(xué)研究成果,由近100位相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域專(zhuān)家從中遴選出30項成果,在此基礎上邀請了包括中國科學(xué)院院士、中國工程院院士在內的2100多位基礎研究領(lǐng)域高水平專(zhuān)家對30項成果進(jìn)行投票,評選出10項重大科學(xué)研究成果,經(jīng)國家自然科學(xué)基金委員會(huì )咨詢(xún)委員會(huì )審議,最終確定了入選2023年度“中國科學(xué)十大進(jìn)展”的成果名單。


入選名單

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