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近日，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院集成技術(shù)研究所功能薄膜材料研究中心研究員唐永炳團(tuán)隊(duì)聯(lián)合泰國同步輻射光源研究所研究員Kidkhunthod等人，發(fā)現(xiàn)了具有三棱柱配體場(chǎng)的正極材料結(jié)構(gòu)基因（TMO6，TM為過渡金屬原子)。相關(guān)研究成果以K-Ion Battery Cathode Design Utilizing Trigonal Prismatic Ligand Field為題，發(fā)表在Advanced Materials上。深圳先進(jìn)院博士生吳南中為論文第一作者，唐永炳和副研究員姚文嬌為論文的共同通訊作者。

電池材料的結(jié)構(gòu)基元不僅直接構(gòu)成了晶體結(jié)構(gòu)，而且決定了其電子結(jié)構(gòu)，尤其是氧化還原中心的電子軌道分裂。因此，結(jié)構(gòu)基元影響電池材料的本征物化特性，被視為材料設(shè)計(jì)基因?，F(xiàn)有的晶體電池材料大部分含有TMO6基元，且為八面體構(gòu)形，這限制了電池材料的合理設(shè)計(jì)。但傳統(tǒng)理論認(rèn)為另一種六配位構(gòu)型——三棱柱，由于損失較多的晶體場(chǎng)穩(wěn)定能與較大的配體互斥作用，難以承受電池材料充放電過程中的電荷擾動(dòng)和離子嵌脫。

該研究中，研究人員研發(fā)出一種新型鉀離子電池正極材料——K2Fe(C2O4)2，并發(fā)現(xiàn)了可逆的三棱柱TMO6結(jié)構(gòu)基因。通過原位同步輻射等技術(shù)，獲得了材料局域結(jié)構(gòu)演變的清晰圖像，驗(yàn)證了三棱柱TMO6結(jié)構(gòu)基因的可逆性和穩(wěn)定性。該研究為電池材料理性設(shè)計(jì)提供了新材料基因。

研究工作得到國家自然科學(xué)基金、中科院、廣東省、深圳市科技計(jì)劃項(xiàng)目等的資助。



原標(biāo)題：深圳先進(jìn)院等發(fā)現(xiàn)新電池材料設(shè)計(jì)基因