新聞網(wǎng)訊 近日，青島大學(xué)物理科學(xué)學(xué)院先進(jìn)能源物理實(shí)驗(yàn)室在材料領(lǐng)域頂刊《Advanced Materials》發(fā)表了題為“Operando Magnetometry Probing the Charge Storage Mechanism of CoO Lithium Ion Batteries”的原創(chuàng)研究論文，該論文第一作者為青島大學(xué)李洪森，通訊作者為李強(qiáng)、龍?jiān)茲伞⒗詈樯?。這是該團(tuán)隊(duì)繼發(fā)表《Nature Materials》(Nat. Mater. 2021, 20, 76–83),揭示空間電荷儲(chǔ)能機(jī)制之后，在探索過(guò)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，該工作基于原位磁性測(cè)試首次在實(shí)驗(yàn)上直觀地證實(shí)了金屬鈷顆粒對(duì)在其表面生長(zhǎng)的凝膠狀聚合物膜起到了關(guān)鍵的催化作用。
在已經(jīng)報(bào)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(xiàn)象。為了揭示這一關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，世界范圍內(nèi)科研人員對(duì)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(qū)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(dǎo)致異常容量的主要原因。Yoon等人在2015年指出對(duì)同是過(guò)渡族金屬化合物的RuO2電極材料來(lái)說(shuō)，金屬Ru表面生長(zhǎng)的聚合物膜不足以貢獻(xiàn)RuO2鋰離子電池大的額外容量。此外，Maier等提出界面電荷存儲(chǔ)理論，指出額外的鋰離子可以存儲(chǔ)在過(guò)渡族金屬表面，電子注入到金屬內(nèi)部。研究者團(tuán)隊(duì)最近提出對(duì)于Fe3O4鋰離子電池體系來(lái)說(shuō)，其額外容量主要來(lái)源于涉及自旋極化電子的金屬鐵顆粒表面電容。由此可見(jiàn)，CoO鋰離子電池的額外容量起源至今仍存在較大爭(zhēng)議。
該工作采用原位磁性探測(cè)技術(shù)，首次在實(shí)驗(yàn)上直觀地證實(shí)了金屬鈷顆粒對(duì)在其表面生長(zhǎng)的凝膠狀聚合物膜起到了關(guān)鍵的催化作用。并進(jìn)一步指出對(duì)于CoO鋰離子電池來(lái)說(shuō)，其放電容量主要由三部分構(gòu)成：即CoO材料本身的轉(zhuǎn)化反應(yīng)；被還原出來(lái)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(guò)渡族金屬鋰離子電池的催化儲(chǔ)能原理，將有助于將來(lái)設(shè)計(jì)新型儲(chǔ)能器件，進(jìn)一步提升功率密度及能量密度。
論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202006629。
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