据外媒报道，中美研究团队开发出创新锂离子电池（LIB）固态电催化策略，超越了以往将电催化限制在液固和气固界面的范式。这项研究发表在期刊《Journal of the American Chemical Society》上。

（图片来源：中国科大）

在锂离子电池中，通过合金化反应来储存锂离子的阳极材料（例如硅和磷），比传统石墨阳极具有更高的比容量，因此得到了广泛使用。但是，这些阳极材料中缓慢的锂化动力学，限制了锂离子电池的快速充电性能。

此外，在阳极材料的锂合金化反应过程中，反应物和产物均处于固相状态，缺少常规电催化所需要的两相界面。因此，人们迫切需要探索固态反应中的电催化作用。

为了解决这一挑战，该团队采用异质原子掺杂方法，尤其是将硼用于硅，硫用于磷，以加速固态电极材料中的锂合金化反应。理论计算和X射线吸收光谱表明，临界杂原子掺杂浓度（1~5原子%）可以为阳极材料的合金化反应提供高活性位点，从而促进固有化学键断裂。这种掺杂位点处的键裂导致阳极材料不断分裂成更小的结构单元，从而产生更多的反应位点，并增强反应动力学。

该团队将这一策略成功应用于创建超快速充电电池，其中包含硫掺杂黑磷（S/bP）阳极和钴酸锂（LCO）阴极。这种电池表现出卓越的性能，可在9分钟内充电至80%，并且能量密度达到302 Wh kg-1，超过以往报告过的LIB。此外，这种超快速充电表现可以在300多次循环中保持稳定。

该研究有助于实现固态反应中的电催化作用，这标志着高能快充电池技术迈出了关键一步，具有巨大的工业应用潜力。该研究由中国科学技术大学的季恒星教授和武晓君教授领导，美国加州大学洛杉矶分校（University of California, Los Angeles）的段镶锋教授团队合作进行。