可充電鋰電池是現(xiàn)代社會(huì)中最實(shí)用、應(yīng)用最廣泛的便攜式和移動(dòng)設(shè)備電源?？刂齐娮雍碗x子電荷在固體材料中的傳輸和積累一直是可充電鋰電池的關(guān)鍵。鋰離子在電極材料中的運(yùn)移和積累是一個(gè)擴(kuò)散過(guò)程，由鋰離子的濃度分布和電極材料的內(nèi)在結(jié)構(gòu)決定，迄今為止還沒(méi)有受到外力的操縱。
五邑大學(xué)柔性傳感材料與器件研究開(kāi)發(fā)中心羅堅(jiān)義教授、唐秀鳳副教授課題組報(bào)道了鋰離子在金屬氧化物中的可控二維運(yùn)動(dòng)和再分配的實(shí)現(xiàn)。該設(shè)計(jì)基于鋰插層金屬氧化物和液體電解質(zhì)之間的固液界面，以及由恒定電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)，這被稱(chēng)為“電流驅(qū)動(dòng)模型”。圖1為實(shí)現(xiàn)鋰離子在金屬氧化物中可控二維運(yùn)動(dòng)的方案示意圖。
▲圖1 電流驅(qū)動(dòng)模型（以鋰離子為例）
“電流驅(qū)動(dòng)模型”首次實(shí)現(xiàn)了外力控制鋰離子在金屬氧化物中二維運(yùn)動(dòng)。圖2為鋰離子在WO3中可控二維運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)過(guò)程和現(xiàn)象，P0、P1、P2、P3分別對(duì)應(yīng)于WO3膜的原始狀態(tài)、Z移動(dòng)狀態(tài)、R-L移動(dòng)狀態(tài)和20min自擴(kuò)散狀態(tài)的整個(gè)過(guò)程示意圖。四種工藝對(duì)應(yīng)的WO3膜光學(xué)照片L代表左，M代表中，R代表右。L、M、R分別為薄膜透射率監(jiān)測(cè)區(qū)域。
▲圖2 鋰離子在WO3中可控二維運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)過(guò)程和現(xiàn)象
該工作提出了一種迄今為止首次通過(guò)外力對(duì)離子在二維空間的可控操縱，這是一種厘米尺度的控制，是由基于“電流驅(qū)動(dòng)模型”的磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)的。這項(xiàng)工作為構(gòu)建安全、高容量的可充電鋰電池提供了額外的見(jiàn)解。
以上成果以“Controllable two-dimensional movement and redistribution of lithium ions in metal oxides”為題發(fā)表在國(guó)際同行評(píng)議的多學(xué)科開(kāi)放獲取期刊Nature Communications上這項(xiàng)研究工作是在五邑大學(xué)柔性傳感材料與器件研究開(kāi)發(fā)中心、五邑大學(xué)應(yīng)用物理與材料學(xué)院共同協(xié)作下進(jìn)行的，文章的通訊作者是五邑大學(xué)羅堅(jiān)義教授，第一作者是五邑大學(xué)唐秀鳳副教授，第二作者為五邑大學(xué)應(yīng)用物理與材料學(xué)院2020屆本科生陳國(guó)新。
附文獻(xiàn)及DOI號(hào)：
Controllable two-dimensional movement and redistribution of lithium ions in metal oxides.
DOI：10.1038/s41467-019-10875-w
