科学探索|PNNL离子软着陆技术研究有望带来更高效的革命性储能系统 PNNL离子软着陆技术研究有望带

支撑现代社会运转的每一项科学技术，几乎都离不开外部能源的支撑。而想要改变传统能源的储存形式，以打造更高效、持久的系统，就必须权衡该如何利用其化学与电气过程。太平洋西北国家实验室（PNNL）分离科学项目首席主管 Grant Johnson 表示：“大多数研究仅涉及制作一个复杂的界面，然后借助先进的表征技术来尝试理解” 。

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不过在发表于《物理化学快报》上的一篇文章中，研究团队介绍了一种新方法。他们没有制作整个界面，而是分别准备每一部分，以便能够深入研究各个组件是如何形成的。
这项技术被称作“离子软着陆”，旨在让科学家们能够查看存在于实际能量存储界面上的单个带电分子（或离子）是如何与电极表面和电势相互作用的。
它将实际能量存储系统中存在的混沌界面，分离为只有一种离子和表面的不同系统，这样研究人员就有机会观察每个分子在界面形成中所扮演的角色了。

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PNNL 研究人员使用的定制实验装置（图自：Andrea Starr）
离子软着陆使研究人员能够根据电荷和大小，来选择一种特定类型的离子。随着离子轻轻落在导电表面上，该过程可为所选分子和表面材料的反应而准备精确定义的界面特征。
在界面准备就绪后，研究人员可借助其它仪器来检查表面和分子是如何相互作用的，这种表征揭示了在界面处断裂和形成的化学键的性质信息。
言归正传，大西洋西北国家实验室的这支研究团队，正在探索更加高效、且有望推动储能系统革命的新技术，且研究对象涵盖了锂硫电池、固态电池、以及其它形式的储能装置。

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粒子软着陆后的基板
本例中，PNNL 团队选择了从分子的电解质溶液着手，将选定的离子（如各种硫化锂）软着陆在具有富氧表面的锂金属上。
最近他们还发现，带负电的锂硫离子，会在界面处对此类新型储能装置的运行发挥关键作用。
这些粒子会发生以硫（而不是锂）为中心的多重氧化还原，解释了在储能装置中观察到的硫氧键和相关反应分子的性质。
Grant E. Johnson 表示：“每当我们探索单个类型的分子如何反应时，都会学到一些新的指示，从而构建出有关界面形成的综合理解” 。

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渲染图（来自：Cortland Johnson）
起初 PNNL 研究人员在美国能源部（DOE）基础能源科学分离计划的支持下，开发出了这种离子软着陆技术。在此基础上，化学工程师 Venky Prabhakaran 决定将之用于电化学活性界面的研究。
此外研究人员设想着将该技术用于分离系统之外的新领域，几年前与物理学家 Vijay Murugesan 的一次会议，让离子软着陆技术开始走入了储能研究领域。
Venky Prabhakaran 称，他们在谈论相关研究时，很快意识到了该技术或可成为回答 Vijay 带领的能源存储研究联合中心（JCESR）重点研究项目的一款重要工具。
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