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物理科學學院先進能源物理實驗室在Advanced Materials上發表最新研究成果

日期:2021-02-15      來源:物理科學學院      作者:     編輯:郭書君       閲讀:1

新聞網訊 近日,青島大學物理科學學院先進能源物理實驗室在材料領域頂刊《Advanced Materials》發表了題為“Operando Magnetometry Probing the Charge Storage Mechanism of CoO Lithium Ion Batteries”的原創研究論文,該論文第一作者為青島大學李洪森,通訊作者為李強、龍雲澤、李洪森。這是該團隊繼發表《Nature Materials》(Nat. Mater. 2021, 20, 76–83),揭示空間電荷儲能機制之後,在探索過渡族金屬化合物鋰離子電池額外容量起源的又一重大突破,該工作基於原位磁性測試首次在實驗上直觀地證實了金屬鈷顆粒對在其表面生長的凝膠狀聚合物膜起到了關鍵的催化作用。

在已經報道的CoO鋰離子電池中,存在反常的超出理論極限的額外容量現象。為了揭示這一關鍵科學問題,世界範圍內科研人員對其做了廣泛的研究。Tarascon等人早在2002年就提出在烷基碳酸鹽電解液中,低電壓區金屬鈷顆粒表面可逆的凝膠狀聚合物膜的形成與分解是導致異常容量的主要原因。Yoon等人在2015年指出對同是過渡族金屬化合物的RuO2電極材料來説,金屬Ru表面生長的聚合物膜不足以貢獻RuO2鋰離子電池大的額外容量。此外,Maier等提出界面電荷存儲理論,指出額外的鋰離子可以存儲在過渡族金屬表面,電子注入到金屬內部。研究者團隊最近提出對於Fe3O4鋰離子電池體系來説,其額外容量主要來源於涉及自旋極化電子的金屬鐵顆粒表面電容。由此可見,CoO鋰離子電池的額外容量起源至今仍存在較大爭議。

該工作採用原位磁性探測技術,首次在實驗上直觀地證實了金屬鈷顆粒對在其表面生長的凝膠狀聚合物膜起到了關鍵的催化作用。並進一步指出對於CoO鋰離子電池來説,其放電容量主要由三部分構成:即CoO材料本身的轉化反應;被還原出來的金屬鈷顆粒表面自旋極化電容;在金屬鈷的催化作用下凝膠狀聚合物膜的可逆生成與分解。該工作首次揭示了過渡族金屬鋰離子電池的催化儲能原理,將有助於將來設計新型儲能器件,進一步提升功率密度及能量密度。


論文鏈接://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202006629。