上海交通大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)在電化學(xué)合成氨領(lǐng)域取得重大突破，相關(guān)成果發(fā)表于國際頂級學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》（Science）。該研究提出了一種新型鋰介導(dǎo)氮?dú)怆娺€原體系，首次在常溫常壓連續(xù)流條件下實(shí)現(xiàn)100 mA cm?2高電流密度與21%能量效率的穩(wěn)定氨合成，為綠色氨規(guī)模化生產(chǎn)開辟了全新路徑。

傳統(tǒng)哈伯-博施法合成氨需在400-500℃高溫、200-300個大氣壓下進(jìn)行，且依賴化石燃料作為氫源，導(dǎo)致全球每年約1.8%的二氧化碳排放。鋰介導(dǎo)電化學(xué)還原制氨作為綠色替代方案，此前受制于電極表面固體電解質(zhì)界面（SEI）的離子傳導(dǎo)瓶頸，氨分電流密度長期低于8 mA cm?2，高壓間歇電解模式下的能量效率僅3%。研究團(tuán)隊(duì)通過構(gòu)建功能分層混合SEI結(jié)構(gòu)（DDLA），成功將鋰離子傳輸效率提升兩個數(shù)量級。

該多層級界面由LiF外層、Li?CO?離子傳導(dǎo)層與Li?N界面層精密復(fù)合而成。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)顯著降低了鋰離子去溶劑化能壘與遷移阻力，同時有效抑制了競爭性析氫副反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，新體系在100 mA cm?2電流密度下保持98%法拉第效率，能量效率達(dá)21%，并可連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行50小時，較傳統(tǒng)體系性能提升超過12倍。

研究團(tuán)隊(duì)通過原位表征技術(shù)揭示了DDLA體系的離子傳輸機(jī)制：LiF外層提供機(jī)械穩(wěn)定性，Li?CO?層作為快速離子通道，Li?N界面層則促進(jìn)氮?dú)馕交罨＿@種協(xié)同效應(yīng)使鋰離子遷移數(shù)從0.3提升至0.89，為高電流密度下的穩(wěn)定運(yùn)行奠定基礎(chǔ)。該成果不僅解決了鋰介導(dǎo)合成氨的產(chǎn)業(yè)化難題，其界面設(shè)計(jì)原理還可推廣至金屬空氣電池、固態(tài)電解質(zhì)等新能源領(lǐng)域。

該研究得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目資助，通過多學(xué)科交叉創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)了基礎(chǔ)研究到應(yīng)用技術(shù)的跨越。論文中構(gòu)建的離子傳輸模型與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，為電化學(xué)固氮領(lǐng)域提供了重要的理論參考和技術(shù)范式。