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該研究聚焦于鋰離子電池中過渡族金屬化合物材料反常的超出理論極限的額外容量現(xiàn)象，這一現(xiàn)象困擾了儲能領(lǐng)域近20年，被國內(nèi)外研究人員廣泛關(guān)注。為了揭示這一關(guān)鍵科學(xué)問題，多位國際能源領(lǐng)域知名專家都對該現(xiàn)象提出了理論解釋（如凝膠聚合物薄膜的生長，空間電荷存儲以及LiOH到Li2O和LiH的表面轉(zhuǎn)化），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。

圍繞此關(guān)鍵科學(xué)問題，作者對過渡族金屬化合物儲能機制進行了深入研究，并取得了重大突破。基于自主構(gòu)建的原位磁性監(jiān)測技術(shù)和自旋電子學(xué)理論，研究揭示了過渡族金屬化合物Fe3O4的額外容量主要來源于過渡族金屬Fe納米顆粒表面的自旋極化電容，并證明這種空間電荷電容廣泛存在于各種過渡族金屬化合物中，費米面處3d電子高電子態(tài)密度發(fā)揮關(guān)鍵作用。研究結(jié)論突破了人們對傳統(tǒng)鋰離子電池儲能方式（Insertion、Alloying、Conversion）的認(rèn)知，首次在實驗上直觀地證實了空間電荷儲鋰機制，并進一步明確了電子存儲位置。該工作不僅為設(shè)計下一代高性能儲能器件提供了新方向，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)。

該工作為青島大學(xué)物理科學(xué)學(xué)院李強、李洪森兩位青年教師通力合作所取得的重大成果。其中，青島大學(xué)碩士研究生夏清濤、胡正強為共同一作；美國得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校余桂華教授和加拿大滑鐵盧大學(xué)苗國興教授為共同通訊作者。論文主要作者還包括青島大學(xué)龍云澤和王曉雄特聘教授、山東大學(xué)顏世申教授、中國科學(xué)院物理所葛琛、張慶華、谷林研究員、美國麻省理工大學(xué)Moodera教授等。

論文鏈接：Extra storage capacity in transition metal oxide lithium-ion batteries revealed by in situ magnetometry, Nature Materials, 2020, https://doi.org/10.1038/s41563-020-0756-y.