新聞網(wǎng)訊 近日，物理科學(xué)學(xué)院青年教師李強(qiáng)、李洪森以共同一作兼共同通訊作者身份在國(guó)際頂尖期刊《Nature Materials》（《自然.材料》）在線發(fā)表了題為“Extra storage capacity in transition metal oxide lithium-ion batteries revealed byin situmagnetometry”的原創(chuàng)研究成果。這是青島大學(xué)首次以第一署名單位和通訊單位在《Nature Materials》發(fā)表科研論文?！禢ature Materials》是由Nature 出版集團(tuán)出版發(fā)行的全球著名的期刊，是材料、物理、化學(xué)等交叉學(xué)科領(lǐng)域最具影響力的期刊之一，2019年影響因子高達(dá)38.887。
該研究聚焦于鋰離子電池中過渡族金屬化合物材料反常的超出理論極限的額外容量現(xiàn)象，這一現(xiàn)象困擾了儲(chǔ)能領(lǐng)域近20年，被國(guó)內(nèi)外研究人員廣泛關(guān)注。為了揭示這一關(guān)鍵科學(xué)問題，多位國(guó)際能源領(lǐng)域知名專家都對(duì)該現(xiàn)象提出了理論解釋（如凝膠聚合物薄膜的生長(zhǎng)，空間電荷存儲(chǔ)以及LiOH到Li2O和LiH的表面轉(zhuǎn)化），然而由于電極材料界面處的復(fù)雜性超出常規(guī)設(shè)備的測(cè)試能力，其蘊(yùn)藏的儲(chǔ)能機(jī)制始終處于爭(zhēng)議中。
圍繞此關(guān)鍵科學(xué)問題，作者對(duì)過渡族金屬化合物儲(chǔ)能機(jī)制進(jìn)行了深入研究，并取得了重大突破?；谧灾鳂?gòu)建的原位磁性監(jiān)測(cè)技術(shù)和自旋電子學(xué)理論，研究揭示了過渡族金屬化合物Fe3O4的額外容量主要來源于過渡族金屬Fe納米顆粒表面的自旋極化電容，并證明這種空間電荷電容廣泛存在于各種過渡族金屬化合物中，費(fèi)米面處3d電子高電子態(tài)密度發(fā)揮關(guān)鍵作用。研究結(jié)論突破了人們對(duì)傳統(tǒng)鋰離子電池儲(chǔ)能方式（Insertion、Alloying、Conversion）的認(rèn)知，首次在實(shí)驗(yàn)上直觀地證實(shí)了空間電荷儲(chǔ)鋰機(jī)制，并進(jìn)一步明確了電子存儲(chǔ)位置。該工作不僅為設(shè)計(jì)下一代高性能儲(chǔ)能器件提供了新方向，也為能源材料的設(shè)計(jì)制備提供了一種有力的測(cè)試分析技術(shù)。
該工作為我校物理科學(xué)學(xué)院李強(qiáng)、李洪森兩位青年教師通力合作所取得的重大成果。其中，我校碩士研究生夏清濤、胡正強(qiáng)為共同一作；美國(guó)得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校余桂華教授和加拿大滑鐵盧大學(xué)苗國(guó)興教授為共同通訊作者。論文主要作者還包括青島大學(xué)龍?jiān)茲珊屯鯐孕厶仄附淌凇⑸綎|大學(xué)顏世申教授、中國(guó)科學(xué)院物理所葛琛、張慶華、谷林研究員、美國(guó)麻省理工大學(xué)Moodera教授等。
論文鏈接：Extra storage capacity in transition metal oxide lithium-ion batteries revealed by in situ magnetometry, Nature Materials, 2020, https://doi.org/10.1038/s41563-020-0756-y.
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