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青岛大学研究团队在《自然·材料》发表突破性研究成果

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中国教育报-日前,青岛大学物理科学学院教授李强和李洪森在世界顶尖期刊 Nature Materials发表突破性研究成果,通过原位磁性监测技术揭示四氧化三铁的额外容量主要来源,首次通过实验证实了空间电荷存储机制,明确了电子存储位置。

该项研究突破了对传统锂离子电池储能方式嵌入型、合金化型和转换型的认知,聚焦过渡族金属化合物储能机制研究,利用自主开发的原位磁性监测技术,基于自旋电子学理论揭示了过渡族金属化合物四氧化三铁的额外容量主要来源于过渡族金属铁纳米颗粒表面的自旋极化电容,并证明这种空间电荷储锂电容广泛存在于各种过渡族金属化合物中,其中费米面处3d电子高电子态密度发挥关键作用。

据介绍,近年来,为进一步推进锂离子电池的发展,比商业化石墨具有更高容量的负极材料正不断被探索。其中一些负极材料的容量超过了传统储锂机制所预测的理论值。这一现象困扰储能领域近20年,被众多国内外研究人员广泛关注。为揭示这一关键科学问题,国际能源领域权威专家学者对该现象提出了多种不同理论解释,如电极表面电解质衍生层的形成与分解、含锂物质的氧化反应、空间电荷存储等。然而由于电极材料界面处的复杂性超出常规设备的测试能力,其蕴藏的储能机制始终处于争议中。为解决这个科学争议问题,青岛大学能源物理团队师生历时3年多时间,从软件到硬件、从材料到器件、从理论到实验,多方面攻坚克难,最终取得突破性成果。

该项成果的研究不仅为设计下一代高密度储电容能器件指明了方向,也为能源材料的设计制备提供了一种有力的测试分析技术,在产业化方面具有极高的应用价值。青岛大学研究团队将继续聚焦探索解决储能科学中的焦点和难点问题,争取基于该项成果的具有超快存储且大能量密度的下一代锂离子电池早日登陆国内市场。

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