近日，青島大學物理科學學院李強、李洪森教授在頂尖期刊《Nature Materials》發表突破性研究成果，通過原位磁性監測技術揭示Fe3O4的額外容量主要來源， 首次通過實驗證實了空間電荷存儲機制，明確了電子存儲位置。
該項研究突破了對傳統鋰離子電池儲能方式（Insertion、Alloying、Conversion）認知，聚焦過渡族金屬化合物儲能機制研究，利用自主開發的原位磁性監測技術，基於自旋電子學理論揭示了過渡族金屬化合物Fe3O4的額外容量主要來源於過渡族金屬Fe納米顆粒表面的自旋極化電容，並證明這種空間電荷儲鋰電容廣泛存在於各種過渡族金屬化合物中，其中費米面處3d電子高電子態密度發揮關鍵作用。
近年來，為了進一步推進鋰離子電池的發展，比商業化石墨具有更高容量的負極材料正不斷被探索。其中一些負極材料的容量超過了傳統儲鋰機制（插層、合金化和轉換）所預測的理論值。這一現象困擾了儲能領域近20年，被眾多國內外研究人員廣泛關注。為了揭示這一關鍵科學問題，國際能源領域權威專家學者對該現象提出了多種不同理論解釋，如電極表面電解質衍生層的形成與分解、含鋰物質的氧化反應、空間電荷存儲等。然而由於電極材料界面處的複雜性超出常規設備的測試能力，其蘊藏的儲能機制始終處於爭議中。為了解決這個科學爭議問題，青島大學能源物理團隊師生歷時三年有餘，堅持不懈，從軟體到硬體、從材料到器件、從理論到實驗，多方面攻堅克難，最終取得突破性成果。
該項成果的研究不僅為設計下一代高密度儲電容能器件指明了方向，也為能源材料的設計製備提供了一種有力的測試分析技術，在產業化方面的具有極高的應用價值。青島大學研究團隊將繼續聚焦探索解決儲能科學中的焦點和難點問題，爭取基於該項成果的具有超快存儲且大能量密度的下一代鋰離子電池早日登陸國內市場。
來源：青島大學
論文連結
http://nature.com/articles/s41563-020-0756-y
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