近日，全固态锂硫电池领域传来振奋人心的消息，美国阿贡国家实验室的徐桂良研究员与Khalil Amine教授等科研人员在权威期刊《Science》上发表了一篇具有开创性的论文，题为“Halide segregation to boost all-solid-state lithium-chalcogen batteries”。该研究为全固态锂硫电池的发展带来了新的曙光。
研究人员在研究中受到混合卤化物钙钛矿太阳能电池中光诱导相分离现象的启发，将目光聚焦于含卤素的固态电解质（SSEs）和高能量硫族化合物正极材料之间的界面反应。他们通过超高转速（UHS）混合技术，以2000 rpm的超高转速对一系列含卤素的SSEs和高能量硫族（S、Se、SeS₂、Te）正极材料进行混合。在混合过程中，UHS混合产生的热冲击和剪切破碎协同作用，诱导了机械化学反应的发生。这一反应使得含卤素的SSEs中的卤化物得以分离，并在正极颗粒上均匀沉积。
这种独特的结构变化带来了显著的效果。它增强了电荷传输动力学，提高了界面稳定性，同时有效减轻了固态电池的机械故障。为了验证卤化物偏析的形成和有效性，科研人员运用了低温透射电子显微镜以及同步辐射X射线衍射和光谱技术等先进手段。
在实验成果方面，利用该技术制备的各种全固态锂硫电池（ASSLSBs）表现卓越。在商业水平的面积容量下，这些电池展现出了接近100%的硫利用率和非凡的循环稳定性。
要知道，在以往的研究中，尽管固态电解质（SSEs）的室温离子电导率取得了一定进展，但电池性能始终受到电极 - SSE界面的电荷传输和化学机械稳定性的限制。硫本身电子和离子导电性差，且在充放电过程中体积膨胀大（约80%），这容易导致循环后固 - 固界面出现化学机械失效。目前改善ASSLSB电池性能的策略，如纳米结构主体、催化剂、添加剂、掺杂、原子层沉积涂层和新的SSE等，都存在界面离子传输缓慢的问题，使得硫利用率低（≤80%）且循环寿命不足。而此次新技术的出现，成功解决了这些难题。
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