支撐現代社會運轉的每一項科學技術，幾乎都離不開外部能源的支撐。而想要改變傳統能源的儲存形式，以打造更高效、持久的系統，就必須權衡該如何利用其化學與電氣過程。太平洋西北國家實驗室（PNNL）分離科學項目首席主管Grant Johnson 表示：“大多數研究僅涉及製作一個複雜的界面，然後藉助先進的表徵技術來嘗試理解”。

不過在發表於《物理化學快報》上的一篇文章中，研究團隊介紹了一種新方法。他們沒有製作整個界面，而是分別準備每一部分，以便能夠深入研究各個組件是如何形成的。

這項技術被稱作“離子軟著陸”，旨在讓科學家們能夠查看存在於實際能量存儲界面上的單個帶電分子（或離子）是如何與電極表面和電勢相互作用的。

它將實際能量存儲系統中存在的混沌界面，分離為只有一種離子和表面的不同系統，這樣研究人員就有機會觀察每個分子在界面形成中所扮演的角色了。

PNNL 研究人員使用的定制實驗裝置（圖自：Andrea Starr）

離子軟著陸使研究人員能夠根據電荷和大小，來選擇一種特定類型的離子。隨著離子輕輕落在導電錶面上，該過程可為所選分子和表面材料的反應而準備精確定義的界面特徵。

在界面準備就緒後，研究人員可藉助其它儀器來檢查表面和分子是如何相互作用的，這種表徵揭示了在界面處斷裂和形成的化學鍵的性質信息。

言歸正傳，大西洋西北國家實驗室的這支研究團隊，正在探索更加高效、且有望推動儲能係統革命的新技術，且研究對象涵蓋了鋰硫電池、固態電池、以及其它形式的儲能裝置。

粒子軟著陸後的基板

本例中，PNNL 團隊選擇了從分子的電解質溶液著手，將選定的離子（如各種硫化鋰）軟著陸在具有富氧表面的鋰金屬上。

最近他們還發現，帶負電的鋰硫離子，會在界面處對此類新型儲能裝置的運行發揮關鍵作用。

這些粒子會發生以硫（而不是鋰）為中心的多重氧化還原，解釋了在儲能裝置中觀察到的硫氧鍵和相關反應分子的性質。

Grant E. Johnson 表示：“每當我們探索單個類型的分子如何反應時，都會學到一些新的指示，從而構建出有關界面形成的綜合理解”。

渲染圖（來自：Cortland Johnson）

起初PNNL 研究人員在美國能源部（DOE）基礎能源科學分離計劃的支持下，開發出了這種離子軟著陸技術。在此基礎上，化學工程師Venky Prabhakaran 決定將之用於電化學活性界面的研究。

此外研究人員設想著將該技術用於分離系統之外的新領域，幾年前與物理學家Vijay Murugesan 的一次會議，讓離子軟著陸技術開始走入了儲能研究領域。

Venky Prabhakaran 稱，他們在談論相關研究時，很快意識到了該技術或可成為回答Vijay 帶領的能源存儲研究聯合中心（JCESR）重點研究項目的一款重要工具。

後續他們將在能源科學中心聚首，以簡化各自的工作、並更加緊密地聯繫到一起，從而催生更有效的研究實驗與合作項目。

有關這項研究的詳情，已經發表在近日出版的的《The Journal of Physical Chemistry Letter s》期刊上。

原標題為《多硫化物陰離子在Li-S電池鋰金屬表面固體電解質界面形成中的作用》。