青島大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)在《自然·材料》發(fā)表突破性研究成果

中國(guó)教育報(bào)-中國(guó)教育新聞網(wǎng)訊（記者 孫軍 通訊員 孫竹媛）日前，青島大學(xué)物理科學(xué)學(xué)院教授李強(qiáng)和李洪森在世界頂尖期刊 Nature Materials（《自然·材料》）發(fā)表突破性研究成果，通過原位磁性監(jiān)測(cè)技術(shù)揭示四氧化三鐵（Fe3O4）的額外容量主要來源，首次通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了空間電荷存儲(chǔ)機(jī)制，明確了電子存儲(chǔ)位置。

該項(xiàng)研究突破了對(duì)傳統(tǒng)鋰離子電池儲(chǔ)能方式嵌入型、合金化型和轉(zhuǎn)換型的認(rèn)知，聚焦過渡族金屬化合物儲(chǔ)能機(jī)制研究，利用自主開發(fā)的原位磁性監(jiān)測(cè)技術(shù)，基于自旋電子學(xué)理論揭示了過渡族金屬化合物四氧化三鐵（Fe3O4）的額外容量主要來源于過渡族金屬鐵（Fe）納米顆粒表面的自旋極化電容，并證明這種空間電荷儲(chǔ)鋰電容廣泛存在于各種過渡族金屬化合物中，其中費(fèi)米面處3d電子高電子態(tài)密度發(fā)揮關(guān)鍵作用。

據(jù)介紹，近年來，為進(jìn)一步推進(jìn)鋰離子電池的發(fā)展，比商業(yè)化石墨具有更高容量的負(fù)極材料正不斷被探索。其中一些負(fù)極材料的容量超過了傳統(tǒng)儲(chǔ)鋰機(jī)制（插層、合金化和轉(zhuǎn)換）所預(yù)測(cè)的理論值。這一現(xiàn)象困擾儲(chǔ)能領(lǐng)域近20年，被眾多國(guó)內(nèi)外研究人員廣泛關(guān)注。為揭示這一關(guān)鍵科學(xué)問題，國(guó)際能源領(lǐng)域權(quán)威專家學(xué)者對(duì)該現(xiàn)象提出了多種不同理論解釋，如電極表面電解質(zhì)衍生層的形成與分解、含鋰物質(zhì)的氧化反應(yīng)、空間電荷存儲(chǔ)等。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。為解決這個(gè)科學(xué)爭(zhēng)議問題，青島大學(xué)能源物理團(tuán)隊(duì)師生歷時(shí)3年多時(shí)間，從軟件到硬件、從材料到器件、從理論到實(shí)驗(yàn)，多方面攻堅(jiān)克難，最終取得突破性成果。

該項(xiàng)成果的研究不僅為設(shè)計(jì)下一代高密度儲(chǔ)電容能器件指明了方向，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)，在產(chǎn)業(yè)化方面具有極高的應(yīng)用價(jià)值。青島大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)聚焦探索解決儲(chǔ)能科學(xué)中的焦點(diǎn)和難點(diǎn)問題，爭(zhēng)取基于該項(xiàng)成果的具有超快存儲(chǔ)且大能量密度的下一代鋰離子電池早日登陸國(guó)內(nèi)市場(chǎng)。