廖洪鋼教授（左）參加2023年度中國科學十大進展發布會并代表團隊領獎

發現鋰硫電池界面電荷存儲聚集反應機制

電化學原位透射電子顯微鏡技術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空分辨率及鋰硫體系的不穩定性和環境敏感性等因素，在原子/納米尺度上對鋰硫電池界面反應的理解尚不深入。廈門大學廖洪鋼、孫世剛和北京化工大學陳建峰等采用CHIPNOVA（超新芯）透射電鏡液體電化學原位系統，耦合真實電解液環境和外加電場，實現對鋰硫電池界面反應原子尺度動態實時觀測和研究。發現電池活性材料表面分子聚集成為分子團進行反應，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發生轉化，直到獲得足夠電子后瞬時結晶轉化。而沒有活性的材料表面遵循經典的單分子反應途徑，多硫化鋰分子逐步轉化為Li2S。模擬計算表明，活性中心與多硫化鋰之間的靜電作用促進了Li+和多硫分子的聚集，證實分子聚集體中的電荷可以自由轉移。近百年來，電化學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力學影響的認識，為下一代鋰硫電池設計提供指導。

以上來源：中國科學院院刊、廈大化學化工學院

廖洪鋼 教授

廈門大學

科研工作介紹：開發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、力等外場相結合，實現原子尺度實時成像、價態等動態反應過程信息獲取，為化學、材料基礎研究及應用提供了一個新的微觀視角。實時觀察研究了溶液中多種納米晶的成核生長及形貌演變過程，革新了納米晶生長規律的認識，被報道為“塑造納米晶體的未來”，“改變了一百多年來對晶體生長規律的認知”。近百年來電化學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、電子轉移反應過程，發現電化學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。