Em 24 de junho, a Universidade de Xiamen informou que a equipe do acadêmico Sun Shigang e do professor Liao Honggang, em colaboração com a equipe do professor Huang Yunhui da Universidade de Ciência e Tecnologia de Huazhong, utilizando um dispositivo de microscopia eletrônica de transmissão líquida in situ eletroquímica desenvolvido de forma independente, observou pela primeira vez o fenômeno de separação de fases impulsionado pela concentração na interface eletrodo/eletrólito e revelou as leis de formação e evolução da camada interfacial de polissulfeto de lítio de alta concentração em baterias de lítio-enxofre, fornecendo uma nova base teórica para o projeto e desenvolvimento de sistemas de baterias de lítio-enxofre de alta densidade energética e carregamento rápido. Os resultados relevantes foram publicados recentemente na revista Nature.
A bateria de lítio-enxofre é um sistema importante para a próxima geração de baterias de armazenamento de energia de alta relação energética. No entanto, sob condições de alta carga de enxofre e eletrólito pobre, próximas da aplicação prática, os mecanismos microscópicos das reações internas são difíceis de observar e explicar, limitando há muito tempo o aumento da densidade energética, do desempenho de carregamento rápido e da estabilidade cíclica da bateria. Este estudo superou as limitações dos métodos de observação tradicionais, utilizando a microscopia eletrônica de transmissão líquida in situ eletroquímica para obter imagens dinâmicas em tempo real de alta resolução das reações interfaciais em escala nanométrica das baterias de lítio-enxofre.
A pesquisa descobriu que, durante o processo de descarga, o polissulfeto de lítio se acumula continuamente na interface do eletrodo e sofre separação de fases, formando uma camada interfacial de alta concentração rica em aglomerados iônicos, estabelecendo duas vias de deposição de sulfeto de lítio: uma é a reação de transferência de carga e deposição na superfície do eletrodo, e a outra é a transferência de carga e deposição no eletrólito. Ambas as vias determinam conjuntamente a eficiência e a estabilidade da reação de conversão do enxofre na bateria de lítio-enxofre.
Com base nas descobertas acima, a equipe propôs um plano de otimização para o projeto de materiais e a regulação interfacial de baterias de lítio-enxofre de alta relação energética e carregamento rápido, ou seja, através do controle razoável da concentração de polissulfeto de lítio, do teor de enxofre e da estrutura da interface do eletrodo, estabelecer um equilíbrio entre a nucleação mediada pela superfície e o crescimento mediado pela solução, alcançando assim uma conversão eficiente do enxofre e melhorando o desempenho da bateria de lítio-enxofre.
Este estudo revelou o mistério da formação da camada de deposição de sulfeto de lítio com espessura micrométrica em baterias de lítio-enxofre, fornecendo uma nova base científica para o projeto da próxima geração de dispositivos de armazenamento de energia de alta densidade energética, carregamento rápido e longa vida útil.