深圳先進院等發現新電池材料設計基因
近日，中國科學院深圳先進技術研究院集成所功能薄膜材料研究中心唐永炳研究員團隊聯合泰國同步輻射光源研究所的Kidkhunthod研究員等，發現了具有三棱柱配體場的正極材料結構基因(TMO6, TM為過渡金屬原子)。該研究成果以K-Ion Battery Cathode Design Utilizing Trigonal Prismatic Ligand Field為題，發表于頂級材料類期刊Advanced Materials (IF: 27.398)。深圳先進院博士生吳南中為第一作者，姚文嬌副研究員和唐永炳研究員為共同通訊作者。
電池材料的結構基元不僅直接構成了晶體結構，而且決定了其電子結構，尤其是氧化還原中心的電子軌道分裂。因此，結構基元影響著電池材料的本征物化特性，被視為材料設計基因。現有的晶體電池材料大部分含有TMO6基元，且為八面體構形，這限制了電池材料的合理設計。然而，傳統理論認為另一種六配位構型——三棱柱，由于損失較多的晶體場穩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和離子嵌脫。
團隊研發出一種新型鉀離子電池正極材料K2Fe(C2O4)2, 并發現了可逆的三棱柱TMO6結構基因。通過原位同步輻射等技術，獲得了材料局域結構演變的清晰圖像，驗證了三棱柱TMO6結構基因的可逆性和穩定性。該工作為電池材料理性設計提供了新材料基因。
該工作得到了國家自然科學基金，中科院、廣東省、深圳市科技計劃項目等資助。
K2Fe(C2O4)2正極材料的三棱柱TMO6結構基因與電化學過程中局域結構演變
