海南大学杨金霖/吴道雄/田新龙教授Nature Communication:二维磁性材料多尺度结构调控助力多价离子快速存储

本文基于二维磁性材料Ti0.6Fe0.4O2纳米片，提出一种多尺度结构调控策略，旨在解决多价离子电池中离子扩散动力学迟滞和结构稳定性问题。研究背景指出，传统锂离子电池受限于资源丰度，多价离子电池虽具有高理论容量，但面临强库仑相互作用导致的高迁移能垒和电极中离子传输路径曲折等挑战。研究目的是通过协同调控介观与微观结构来提升多价离子存储性能。结论表明，Fe掺杂诱导的自旋极化相互作用将Mg²⁺迁移能垒从0.47 eV降至0.26 eV，显著加速离子迁移；同时，利用材料的室温铁磁性，在磁场辅助下组装成垂直取向、低迂曲度的纳米片电极，缩短介观扩散路径。该策略使非水系镁离子和铝离子电池分别实现约18.2和15.7 kW kg⁻¹的超高功率密度，循环稳定性优异（3000次和2000次），并具备宽温域适应性。多尺度调控策略具有普适性，可扩展至其他二维磁性材料。