上海交大团队破解电合成氨全球难题

近日，上海交通大学研究团队在电化学合成氨领域取得重大突破，国际首次构建出常温常压连续流条件下高电流密度、高能效稳定运行的电合成氨新体系，为绿氨规模化生产提供了颠覆性技术路径。相关研究成果已发表于《科学》。合成氨是化肥生产及基础化工的关键环节。长期以来，全球通行的哈伯-博施法需在高温高压条件下运行，不仅能耗巨大，且高度依赖化石能源，碳排放问题突出。锂介导电化学还原制氨被公认为理想的绿色替代路径，但电极表面固体电解质界面（SEI）离子传导效率低、高电流下易失效等技术瓶颈长期未解，氨分电流密度始终停留在8毫安/平方厘米以下，高压间歇电解能效仅约3%，严重制约其工业化进程。针对上述难题，上交大团队创新提出功能分层混合SEI结构（DDLA），实现锂离子传输效率提升两个数量级。该多层级界面由LiF外层、Li2CO3离子传导层与Li3N界面层精准组成，大幅降低锂离子去溶剂化与迁移能垒，显著抑制析氢副反应，从原理上突破高电流密度下的界面稳定性难题。实验表明，应用该体系后，在100毫安/平方厘米的高电流密度下，合成氨的法拉第效率高达98%，能量效率达21%，并可稳定运行50小时以上，标志着锂介导电合成氨向工业化、连续化生产迈出关键一步。相关界面设计与离子传输机制，对电化学固氮、金属空气电池、固态电池等新能源领域均具有重要参考价值。（来源：Ithome）