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新聞網(wǎng)訊 近日，我校物理科學(xué)學(xué)院教師在國際頂級期刊《Advanced Functional Materials》發(fā)表了題為“Voltage Hysteresis in Transition Metal Oxide Cathodes for Li/Na-Ion Batteries”的綜述論文（Adv. Funct. Mater. 2023, 2300602）。青島大學(xué)為第一單位，李洪森教授為本文的通訊作者，碩士研究生李菲（被南開大學(xué)錄取攻讀博士學(xué)位）、劉仁斌為共同第一作者。

為了滿足電子產(chǎn)品、電動(dòng)汽車和智能電網(wǎng)對大規(guī)模電化學(xué)儲能日益增長的需求，鋰/鈉（Li/Na）離子電池作為高能量密度儲能系統(tǒng)受到了廣泛關(guān)注。然而，正極和負(fù)極之間的容量不匹配（正極容量比負(fù)極容量小了近一個(gè)數(shù)量級）嚴(yán)重阻礙了Li/Na離子電池發(fā)展。因此，正極是決定Li/Na離子電池電化學(xué)性能的關(guān)鍵因素，開發(fā)合適的正極材料對于Li/Na離子電池的商業(yè)化應(yīng)用至關(guān)重要。目前所研究的正極材料主要包括層狀過渡金屬氧化物類、聚陰離子類、普魯士藍(lán)類和有機(jī)類等。其中，層狀過渡金屬氧化物因具有合適的工作電位、快速的二維離子擴(kuò)散通道以及簡單的合成方法而成為有前景的候選者。另外，普遍認(rèn)為層狀正極材料晶體結(jié)構(gòu)中的原子構(gòu)型必須是井然有序，這有利于離子的快速擴(kuò)散。然而，隨著無序巖鹽（DRX）結(jié)構(gòu)中三維離子擴(kuò)散滲透理論的發(fā)現(xiàn)，這一觀點(diǎn)正在被重新考慮。這種滲透發(fā)生在鋰離子通過中間四面體位點(diǎn)從一個(gè)八面體位點(diǎn)跳到另一個(gè)八面體位點(diǎn)時(shí)，其中在四面體位點(diǎn)上的鋰離子被視為是跳躍的活性鋰。研究中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了各種新型富鋰DRX正極材料，并展示出了高容量(>250 mAh g^-1)。這些層狀過渡金屬氧化物材料因其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)而受到了全世界研究者的廣泛關(guān)注。

盡管在應(yīng)用方面展示出了高容量，但這些氧化物材料也面臨著電壓滯后和容量衰減問題，因?yàn)榕c充電時(shí)的氧化還原過程相關(guān)的電壓不能在放電時(shí)恢復(fù)，這是阻礙這些材料發(fā)揮全部潛力的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。同時(shí)，這種電壓滯后在整個(gè)電化學(xué)循環(huán)中持續(xù)存在，導(dǎo)致平均放電電壓持續(xù)下降，不僅使能量密度最小化，大大降低了能源效率，而且阻礙了Li/Na離子電池的進(jìn)一步發(fā)展和商業(yè)化。因此，對電壓滯后的理解尤為重要。最早在LiFePO₄材料中發(fā)現(xiàn)電壓滯后時(shí)，實(shí)驗(yàn)限制和缺乏理論框架使研究人員無法對這一現(xiàn)象得出具體結(jié)論。隨著研究電壓滯后的分析技術(shù)日益成熟，現(xiàn)在可以重新評估對電壓滯后來源的理解，甚至證明以前由于實(shí)驗(yàn)限制而無法獲得的新發(fā)現(xiàn)。然而，電壓滯后的基本機(jī)制目前仍然是一個(gè)極具爭議的話題，有必要更全面地了解阻礙傳統(tǒng)和最先進(jìn)的正極材料性能進(jìn)一步提高的潛在問題。李洪森教授團(tuán)隊(duì)通過整合各種觀點(diǎn)介紹了電壓滯后的來源和材料設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)以減輕其的不良行為。隨后，從文獻(xiàn)中總結(jié)了大量與電壓滯后相關(guān)的表征技術(shù)以及在其使用時(shí)相應(yīng)的測量范圍。最后，提出了抑制電壓滯后措施的設(shè)計(jì)策略，使這些重要的正極材料重新走向?qū)嶋H應(yīng)用。

論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202300602