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新聞網(wǎng)訊 近日，物理科學(xué)學(xué)院李洪森教授課題組在研究三價(jià)鋁離子在二維層狀材料體系中固相擴(kuò)散和界電荷轉(zhuǎn)移中取得重要研究進(jìn)展。相關(guān)原創(chuàng)性研究成果以《In-situ regulation on interfacial charge-transfer and interlayer Van der Waals force enables ultrafast aluminum-ion diffusion》為題在國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《Nano Letters》以封面論文形式在線(xiàn)發(fā)表。李洪森為通訊作者，徐逸飛為第一作者。

鋁離子電池（AIBs）由于其獨(dú)特的三電子氧化還原特性和高比容量，是最有前途的儲(chǔ)能替代材料之一。然而，由于高電荷密度鋁離子固有的強(qiáng)靜電力導(dǎo)致其在層狀插入型材料（例如，二硫化鉬）體相和陰極-電解質(zhì)界面處的擴(kuò)散均受限。研究團(tuán)隊(duì)研究了影響陰極-電解質(zhì)界面電荷轉(zhuǎn)移速率和二硫化鉬穩(wěn)定相變的關(guān)鍵因素。空間位阻效應(yīng)導(dǎo)致插入過(guò)程中電極-電解質(zhì)界面上Li⁺積累過(guò)多（8 wt%），導(dǎo)致界面擴(kuò)散能壘顯著增加，Al³⁺固相擴(kuò)散困難。相反，當(dāng)Li⁺含量降至3.33 wt%時(shí)，Al³⁺的界面擴(kuò)散能壘明顯降低。這種減少，以及非積累的Li⁺的深度嵌入，促進(jìn)了陰極內(nèi)穩(wěn)定和高質(zhì)量的T相轉(zhuǎn)變，有效地降低了層間范德華力。同時(shí)闡明了多陽(yáng)離子共插層的電荷存儲(chǔ)和氧化還原機(jī)理，并首次量化了Al³⁺和Li⁺在電化學(xué)插層過(guò)程中的容量貢獻(xiàn)率。這種方法同時(shí)解決了界面擴(kuò)散緩慢和具有挑戰(zhàn)性的三價(jià)鋁離子固相插層兩個(gè)主要問(wèn)題。