中國教育報-中國教育新聞網(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，首次通過實驗證實了空間電荷存儲機制，明確了電子存儲位置。

該項研究突破了對傳統(tǒng)鋰離子電池儲能方式嵌入型、合金化型和轉(zhuǎn)換型的認知，聚焦過渡族金屬化合物儲能機制研究，利用自主開發(fā)的原位磁性監(jiān)測技術(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鋰電容廣泛存在于各種過渡族金屬化合物中，其中費米面處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，為進一步推進鋰離子電池的發(fā)展，比商業(yè)化石墨具有更高容量的負極材料正不斷被探索。其中一些負極材料的容量超過了傳統(tǒng)儲鋰機制（插層、合金化和轉(zhuǎn)換）所預(yù)測的理論值。這一現(xiàn)象困擾儲能領(lǐng)域近20年，被眾多國內(nèi)外研究人員廣泛關(guān)注。為揭示這一關(guān)鍵科學(xué)問題，國際能源領(lǐng)域權(quán)威專家學(xué)者對該現(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)備的測試能力，其蘊藏的儲能機制始終處于爭議中。為解決這個科學(xué)爭議問題，青島大學(xué)能源物理團隊師生歷時3年多時間，從軟件到硬件、從材料到器件、從理論到實驗，多方面攻堅克難，最終取得突破性成果。

該項成果的研究不僅為設(shè)計下一代高密度儲電容能器件指明了方向，也為能源材料的設(shè)計制備提供了一種有力的測試分析技術(shù)，在產(chǎn)業(yè)化方面具有極高的應(yīng)用價值。青島大學(xué)研究團隊將繼續(xù)聚焦探索解決儲能科學(xué)中的焦點和難點問題，爭取基于該項成果的具有超快存儲且大能量密度的下一代鋰離子電池早日登陸國內(nèi)市場。