Anion-reduction catalytic centres regulate interfacial solvation structures for fast-charging Si anodes

电解质 溶剂化 催化作用 法拉第效率 阳极 相间 材料科学 化学工程 电极 化学物理 工作(物理) 电池(电) 纳米技术 选择性催化还原 离子 晶界 静电学 分子 催化循环
作者
Shuibin Tu,Ming Chen,Qian Long,Yukun Lei,Shao-Jian Zhang,Chao Ye,Clotilde S. Cucinotta,Shi‐Zhang Qiao
出处
期刊:Nature Energy [Nature Portfolio]
卷期号:11 (7): 1067-1077 被引量:1
标识
DOI:10.1038/s41560-026-02074-x
摘要

Abstract Anion-rich interfacial solvation structures (ISS) are critical for stable fast charging of anodes. Here we propose interfacial anion-reduction catalysis as a new paradigm, in which catalytic centres regulate the ISS to direct solid electrolyte interphase formation. Using S vacancies as prototypical catalytic sites, we demonstrate that electrostatic potential wells induced by these centres attract bis(fluorosulfonyl)imide (FSI − ) to the interface and form contact ion pairs during charging, creating FSI − -rich ISS in commercial electrolytes. This catalytically regulated ISS promotes preferential FSI − reduction and ultrafine LiF grain formation, generating a compact LiF-rich solid electrolyte interphase with rapid Li + transport pathways. Si-based anode with catalytic interface demonstrates stable cycling with an average coulombic efficiency of ~99.94%. Pouch cells achieve ~91.4% and ~85.3% charge in 10 min and 6 min, respectively, while providing ~240.4 Wh kg −1 under 6 min charging. This work establishes catalytic regulation of ISS as a promising strategy for fast battery charging.
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