一個團隊開發了一種鋰離子電池（LIB）固態電催化的新策略，超越了電催化僅限於液固和氣固界面的範式。他們的研究是發表在美國化學會雜誌。

在 LIB 中，負極材料利用合金反應來儲存鋰離子（例如矽和磷）的材料由於比傳統石墨負極具有高比容量而被廣泛使用。然而，這些負極材料緩慢的鋰化動力學限制了鋰離子電池的快速充電性能。

此外，在陽極材料的鋰合金化反應過程中，反應物和產物處於固相，缺乏傳統電催化通常所需的兩相界面。因此，迫切需要探索固態反應中的電催化。

為了應對這項挑戰，團隊採用雜原子摻雜，特別是對矽進行硼摻雜，對磷進行硫摻雜，以加速固態電極材料中的鋰合金化反應。理論計算和X射線吸收光譜（XAS）表明，臨界雜原子摻雜濃度（1~5原子％）可以提供高活性位點用於陽極材料的合金化反應，促進內在化學鍵的斷裂。摻雜位點處的鍵結斷裂導致陽極材料不斷分裂成更小的晶胞，產生更多的反應位點並增強反應動力學。

該團隊成功應用此策略創建了一種超快充電電池，該電池由摻硫黑磷（S/bP）陽極和鈷酸鋰（LCO）陰極組成。該電池表現出令人印象深刻的性能，可在 9 分鐘內充電 80% 的能量能量密度302 瓦時公​​斤^-1，超過了之前報道的 LIB。此外，這種超快速充電性能在超過 300 次循環後仍保持穩定。

該研究實現了固態反應中的電催化，標誌著高能快速充電電池技術邁出了關鍵一步，展現了巨大的工業應用潛力。這項研究由中國科學技術大學紀恆興教授和吳曉軍教授領導，與加州大學洛杉磯分校段向峰教授團隊合作。