近日，美國阿貢國家實(shí)驗(yàn)室徐桂良研究員、Khalil Amine教授等人在Science上發(fā)表了題為“Halide segregation to boost all-solid-state lithium-chalcogen batteries”的論文，報道了在各種含鹵素的固態(tài)電解質(zhì)和高能量硫族化合物正極材料之間，通過超高轉(zhuǎn)速（UHS）混合過程中的機(jī)械化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)的界面處鹵化物的普遍分離現(xiàn)象。
具體看來，受混合鹵化物鈣鈦礦太陽能電池中光誘導(dǎo)相分離的啟發(fā)，研究人員觀察到在一系列含鹵素的SSEs和高能量硫族（S、Se、SeS2、Te）正極材料之間，通過2000 rpm的超高轉(zhuǎn)速混合實(shí)現(xiàn)了普遍的鹵化物分離。
UHS混合產(chǎn)生的熱沖擊和剪切破碎的協(xié)同效應(yīng)，使得在混合過程中能夠誘導(dǎo)機(jī)械化學(xué)反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)從含鹵素的SSEs中分離鹵化物，并在正極顆粒上均勻沉積。這種結(jié)構(gòu)增強(qiáng)了電荷傳輸動力學(xué)，提高了界面穩(wěn)定性，并減輕了固態(tài)電池的機(jī)械故障。
使用低溫透射電子顯微鏡和同步輻射X射線衍射和光譜技術(shù)證實(shí)了鹵化物偏析的形成和有效性。
制備的各種ASSLSBs在商業(yè)水平的面積容量下表現(xiàn)出接近100%的硫利用率和非凡的循環(huán)穩(wěn)定性。
接近100%的硫利用率是什么概念？據(jù)了解，盡管固態(tài)電解質(zhì)（SSEs）的室溫離子電導(dǎo)率已取得進(jìn)展，但電池性能仍受限于電極-SSE界面的電荷傳輸和化學(xué)機(jī)械穩(wěn)定性。硫的電子和離子導(dǎo)電性差、體積膨脹大（約80%），導(dǎo)致循環(huán)后固-固界面的化學(xué)機(jī)械失效。目前改善ASSLSB電池性能的策略包括納米結(jié)構(gòu)主體、催化劑、添加劑、摻雜、原子層沉積涂層和新的SSE，這些方法仍然存在界面離子傳輸緩慢的問題，導(dǎo)致硫利用率低（≤80%）和循環(huán)壽命不足。
如今新的技術(shù)，解決了硫利用率低及循環(huán)壽命不足的問題。
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