2023年度中国科学十大进展发布!锂硫电池相关研究入选

  2月29日,国家自然科学基金委员会发布了2023年度“中国科学十大进展”,主要分布在生命科学和医学、人工智能、量子、天文、化学能源等科学领域。它们分别为:

  进展1:人工智能大模型为精准天气预报带来新突破。

  进展2:揭示人类基因组暗物质驱动衰老的机制。

  进展3:发现大脑“有形”生物钟的存在及其节律调控机制。

  进展4:农作物耐盐碱机制解析及应用。

  进展5:新方法实现单碱基到超大片段DNA精准操纵。

  进展6:揭示人类细胞DNA复制起始新机制。

  进展7:“拉索”发现史上最亮伽马暴的极窄喷流和十万亿电子伏特光子。

  进展8:玻色编码纠错延长量子比特寿命。

  进展9:揭示光感受调节血糖代谢机制。

  进展10:发现锂硫电池界面电荷存储聚集反应新机制。

  “发现锂硫电池界面电荷存储聚集反应新机制”由厦门大学廖洪钢教授、孙世刚院士和北京化工大学陈建峰院士团队完成。锂硫电池具有极高的能量密度和较低的成本,然而,锂硫电池的广泛应用还未能实现,因为它在充放电过程中,电池性能会快速下降,每块电池就像一个神秘的“黑匣子”。受限于传统原位显微研究技术的时空分辨率低及锂硫体系不稳定等因素,人们对其内部发生的化学反应过程尚不清楚,无法针对性解决问题,严重阻碍其应用。

  厦门大学廖洪钢、孙世刚和北京化工大学陈建峰等开发高分辨电化学原位透射电镜技术,耦合真实电解液环境和外加电场,实现对锂硫电池界面反应原子尺度动态实时观测和研究。发现电池活性材料表面分子聚集成为分子团进行反应,电荷转移可以首先存储在聚集分子团中,分子团得到电子但不会发生转化,直到获得足够电子后瞬时结晶转化。而没有活性的材料表面遵循经典的单分子反应途径,多硫化锂分子逐步得到电子,分步转化,最后转化为Li2S。模拟计算表明,活性中心与多硫化锂之间的静电作用促进了Li+和多硫分子的聚集,并证实分子聚集体中的电荷可以自由转移。

  近百年来,电化学界面反应通常被认为仅存在“内球反应”和“外球反应”单分子途径。该研究揭示出电化学界面反应存在第三种“电荷存储聚集反应”机制,加深了对多硫化物演变及其对电池表界面反应动力学影响的认识,为下一代锂硫电池设计提供指导。

  据介绍,此项年度评选活动自2005年启动已成功举办19届。2023年度“中国科学十大进展”由相关学科领域专家先从600多项科学研究成果中遴选出30项成果,在此基础上评选出的10项重大科学研究成果。

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