近日，全固態鋰硫電池領域傳來振奮人心的消息，美國阿貢國家實驗室的徐桂良研究員與Khalil Amine教授等科研人員在權威期刊《Science》上發表了一篇具有開創性的論文，題為“Halide segregation to boost all-solid-state lithium-chalcogen batteries”。該研究為全固態鋰硫電池的發展帶來了新的曙光。
研究人員在研究中受到混合鹵化物鈣鈦礦太陽能電池中光誘導相分離現象的啟發，將目光聚焦于含鹵素的固態電解質（SSEs）和高能量硫族化合物正極材料之間的界面反應。他們通過超高轉速（UHS）混合技術，以2000 rpm的超高轉速對一系列含鹵素的SSEs和高能量硫族（S、Se、SeS?、Te）正極材料進行混合。在混合過程中，UHS混合產生的熱沖擊和剪切破碎協同作用，誘導了機械化學反應的發生。這一反應使得含鹵素的SSEs中的鹵化物得以分離，并在正極顆粒上均勻沉積。
這種獨特的結構變化帶來了顯著的效果。它增強了電荷傳輸動力學，提高了界面穩定性，同時有效減輕了固態電池的機械故障。為了驗證鹵化物偏析的形成和有效性，科研人員運用了低溫透射電子顯微鏡以及同步輻射X射線衍射和光譜技術等先進手段。
在實驗成果方面，利用該技術制備的各種全固態鋰硫電池（ASSLSBs）表現卓越。在商業水平的面積容量下，這些電池展現出了接近100%的硫利用率和非凡的循環穩定性。
要知道，在以往的研究中，盡管固態電解質（SSEs）的室溫離子電導率取得了一定進展，但電池性能始終受到電極 - SSE界面的電荷傳輸和化學機械穩定性的限制。硫本身電子和離子導電性差，且在充放電過程中體積膨脹大（約80%），這容易導致循環后固 - 固界面出現化學機械失效。目前改善ASSLSB電池性能的策略，如納米結構主體、催化劑、添加劑、摻雜、原子層沉積涂層和新的SSE等，都存在界面離子傳輸緩慢的問題，使得硫利用率低（≤80%）且循環壽命不足。而此次新技術的出現，成功解決了這些難題。
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青海 - 西寧
2025年07月09日 ~ 11日
