电化学界面先进架构：从动态表征到性能优化的跨尺度研究

本专题聚焦电化学界面这一关键科学问题，针对电极断裂、固态电解质界面(SEI)分解、枝晶生长等制约储能器件性能的瓶颈问题，汇集了界面润湿性调控、SEI演化机制、先进表征技术等前沿研究。通过cryo-EM、TOF-SIMS、ss-NMR等多模态表征手段，揭示了Li+在LATP电解质中的传输机制，开发了阳极less固态电池(ALMSSB)的界面优化策略，为高稳定性储能器件设计提供了理论基础和技术支撑。

　　

在能源存储和催化领域，电化学界面被称为"器件的核心"。诺贝尔奖得主Herbert Kroemer的名言"The interface is the device"深刻揭示了界面问题的重要性。然而当前面临电极循环粉化、SEI膜分解、元素互扩散、锂枝晶生长等系列挑战，这些界面问题导致储能器件性能衰减和安全风险。更棘手的是，传统表征手段难以捕捉纳米尺度下界面的动态演变过程，使得界面优化缺乏理论指导。

吉林大学移动材料教育部重点实验室联合意大利摩德纳雷焦艾米利亚大学等国际团队，在《Communications Chemistry》发表专题综述，系统阐述了电化学界面研究的最新进展。研究采用冷冻电镜(cryo-EM)解析SEI原子排列，运用飞行时间二次离子质谱(TOF-SIMS)实现界面成分深度剖析，结合固态核磁共振(ss-NMR)揭示Li⁺在锂铝钛磷酸盐(LATP)中的传输机制，并开发了电化学阻抗谱(EIS)等原位分析技术。

【界面润湿性】研究团队发现电极/电解质润湿性直接影响相互作用效率。通过化学处理改善基底润湿性，使电容提升30%（Gouda et al., 2022）。在金属电池中，润湿性调控可降低成核过电位，抑制枝晶生长（Kravchyk et al., 2024）。

【SEI演化机制】长期循环中SEI的生长-破裂-修复是电池老化的主因。通过调控溶剂、盐浓度等参数，可优化SEI形成过程（Grill et al., 2024）。氢化金刚石基双电层晶体管的特殊设计，有效抑制了固态电解质/电子材料界面的空间电荷效应（Tsuchiya et al., 2021）。

【先进表征技术】cryo-EM实现了SEI组分原子级分辨率成像，TOF-SIMS通过溅射离子调控获得SEI化学组成的三维分布（Mense et al., 2025）。ss-NMR显示界面变化会显著影响LATP中Li⁺传输动力学（Marko et al., 2025）。

【阳极less电池】通过研究集流体与Li₆PS₅Cl电解质的反应性，筛选出具有最佳稳定性的金属组合（Tron et al., 2025）。质量传输研究表明，金属锂/固态电解质界面处的电荷转移受空间电荷层调控（Katsunomiya et al., 2023）。

该研究建立了电化学界面"结构-性能"关系的多尺度认知体系，提出的跨模态原位表征方法为界面工程提供了新范式。特别是开发的ALMSSB界面优化策略，使固态电池能量密度提升40%以上。这些突破不仅推动了储能器件的发展，也为催化、传感器等领域的界面设计提供了普适性方法。未来需要进一步发展时空分辨率匹配的动态表征技术，以完全揭示电化学界面的演变规律。