半岛全媒体记者 孙雅琴
近日，青岛大学物理科学学院先进能源物理实验室在材料领域顶刊《Advanced Materials》发表了题为“Operando Magnetometry Probing the Charge Storage Mechanism of CoO Lithium Ion Batteries”的原创研究论文，该论文第一作者为青岛大学李洪森，通讯作者为李强、龙云泽、李洪森。这是该团队继发表《Nature Materials》(Nat. Mater. 2021, 20, 76–83)，揭示空间电荷储能机制之后，在探索过渡族金属化合物锂离子电池额外容量起源的又一重大突破，该工作基于原位磁性测试首次在实验上直观地证实了金属钴颗粒对在其表面生长的凝胶状聚合物膜起到了关键的催化作用。
在已经报道的CoO锂离子电池中，存在反常的超出理论极限的额外容量现象。为了揭示这一关键科学问题，世界范围内科研人员对其做了广泛的研究。Tarascon等人早在2002年就提出在烷基碳酸盐电解液中，低电压区金属钴颗粒表面可逆的凝胶状聚合物膜的形成与分解是导致异常容量的主要原因。Yoon等人在2015年指出对同是过渡族金属化合物的RuO2电极材料来说，金属Ru表面生长的聚合物膜不足以贡献RuO2锂离子电池大的额外容量。此外，Maier等提出界面电荷存储理论，指出额外的锂离子可以存储在过渡族金属表面，电子注入到金属内部。研究者团队最近提出对于Fe3O4锂离子电池体系来说，其额外容量主要来源于涉及自旋极化电子的金属铁颗粒表面电容。由此可见，CoO锂离子电池的额外容量起源至今仍存在较大争议。
该工作采用原位磁性探测技术，首次在实验上直观地证实了金属钴颗粒对在其表面生长的凝胶状聚合物膜起到了关键的催化作用。并进一步指出对于CoO锂离子电池来说，其放电容量主要由三部分构成：即CoO材料本身的转化反应；被还原出来的金属钴颗粒表面自旋极化电容；在金属钴的催化作用下凝胶状聚合物膜的可逆生成与分解。该工作首次揭示了过渡族金属锂离子电池的催化储能原理，将有助于将来设计新型储能器件，进一步提升功率密度及能量密度。
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