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,Long Qian,Yukun Lei,Shaojian Zhang,Chao Ye,Clotilde S. Cucinotta,Shi-Zhang Qiao
出处
期刊:Nature Energy [Nature Portfolio]
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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