一个团队开发了一种锂离子电池（LIB）固态电催化的新策略，超越了电催化仅限于液-固和气-固界面的范式。他们的研究是发表在美国化学会杂志。

在 LIB 中，负极材料利用合金反应来储存锂离子（例如硅和磷）的材料由于比传统石墨负极具有高比容量而被广泛使用。然而，这些负极材料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，反应物和产物处于固相，缺乏传统电催化通常所需的两相界面。因此，迫切需要探索固态反应中的电催化。

为了应对这一挑战，该团队采用杂原子掺杂，特别是对硅进行硼掺杂，对磷进行硫掺杂，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（XAS）表明，临界杂原子掺杂浓度（1~5原子％）可以提供高活性位点用于阳极材料的合金化反应，促进内在化学键的断裂。掺杂位点处的键断裂导致阳极材料不断分裂成更小的晶胞，产生更多的反应位点并增强反应动力学。

该团队成功应用这一策略创建了一种超快充电电池，该电池由掺硫黑磷（S/bP）阳极和钴酸锂（LCO）阴极组成。该电池表现出令人印象深刻的性能，可在 9 分钟内充电 80% 的能量能量密度302 瓦时千克^-1，超过了之前报道的 LIB。此外，这种超快充电性能在超过 300 次循环后仍保持稳定。

该研究实现了固态反应中的电催化，标志着高能快速充电电池技术迈出了关键一步，展现了巨大的工业应用潜力。该研究由中国科学技术大学纪恒兴教授和吴晓军教授领导，与加州大学洛杉矶分校段向峰教授团队合作。