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

本文针对锂离子电池关键元素储量有限及供应链风险的问题，提出发展基于地壳丰度高元素的多价离子电池。研究背景指出，多价离子（如Mg²⁺、Al³⁺）因高电荷密度导致在电极晶格中迁移能垒高、固态扩散系数低，且电极中活性颗粒的随机堆叠会形成曲折的离子传输网络，限制功率输出。研究目的为通过多尺度协同设计突破单一尺度优化局限，提升多价离子存储动力学。结论显示，海南大学杨金霖/吴道雄/田新龙团队以二维铁磁性Ti₀.₆Fe₀.₄O₂纳米片为模型，提出基于二维磁性材料的多尺度结构调控策略：微观尺度上，Fe诱导的自旋极化相互作用降低了多价离子迁移能垒；介观尺度上，材料铁磁性使电极在磁场中组装成垂直排列、低迂曲度的电极，缩短扩散路径。该策略使镁/铝离子电池功率密度达18.2/15.7 kW kg⁻¹，较当前先进体系高两个数量级，且展现出高容量、长循环和宽温域适应性。该工作发表在Nature Communications上，为设计快动力学多价离子电池提供了普适方法。