高效储能材料与技术团队在氯离子电池电极材料设计方面取得重要突破。团队硕士研究生李政（导师：尹青副教授）以第一作者身份在国际顶级期刊《Advanced Materials》上发表题为“Dual Vacancy-Driven ‘Lattice Softening’ NiFeAlₓ LDHs for High-Rate and Durable Chloride Ion Storage”的研究论文。该工作通过室温碱刻蚀策略，在NiFeAlₓ LDH中构建阳离子空位与氧空位共存的双缺陷结构，首次提出“晶格软化”新概念，显著提升了材料的氯离子存储性能和结构稳定性。
核心创新：双空位驱动晶格软化效应
针对层状双氢氧化物（LDHs）在阴离子存储中存在的电子电导率低、离子扩散缓慢、循环过程中结构刚性易破坏等问题，研究团队创新性地提出室温选择性刻蚀策略：
✅ 双空位协同：通过可控碱刻蚀选择性溶出Al³⁺，同步引入阳离子空位与氧空位，在不破坏层状结构的前提下实现原子级缺陷调控。
✅ 晶格软化机制：双空位诱导局部配位环境重构，使材料获得独特弹性变形能力，可逆体积变化达3.07%，有效缓冲氯离子插层应力。
✅ 三维离子通道：空位构建贯穿ab面与c轴的三维氯离子扩散网络，显著降低迁移能垒。
图 1：双缺陷 NiFeAlx LDH的制备与形貌/化学结构表征
性能突破：高倍率与超长循环寿命
优化后的NiFeAl₀.₀₄-24h-Cl LDH正极材料展现出卓越的电化学性能：
高倍率性能：在1000 mA g⁻¹高电流密度下，容量达到未刻蚀样品的2.3倍。
超长循环寿命：1000次循环后仍保持101.4 mAh g⁻¹的可逆容量，单圈容量衰减率仅0.051%。
优异倍率韧性：从高倍率返回初始电流时，容量恢复率高达92.5%。
图 2：电化学性能测试
机制解析：多维度表征验证双空位协同
通过综合表征技术深入揭示性能提升机制：
• 结构演变：原位XRD证实材料在循环过程中保持结构可逆，体积应变较未刻蚀样品提升239.84%。
• 缺陷调控：EPR和XPS分析显示氧空位浓度显著增加，Fe²⁺/Fe³⁺比值从0.79提升至0.99。
• 传输优化：扩散能垒计算表明，ab面Cl⁻扩散能垒从0.181 eV降至0.110 eV，同时开辟低能垒c轴传输通道（0.113 eV），相较未刻蚀样品c轴方向的硬穿能垒（0.442 eV）实现了数量级提升。
• 界面增强：DFT计算证实双空位显著提升材料功函数（从1.72 eV增至3.58 eV），表明电子结合能力增强，界面电子耦合作用强化，有效提升Cl⁻吸附稳定性。
图 3：电荷补偿与局部结构重构表征
普适性验证：双缺陷工程的拓展应用
研究进一步将刻蚀策略拓展至NiVAl和NiCoAl等LDH体系，在相同条件下均成功构建双空位结构并保持层状框架完整性，证实该策略在不同化学组成的LDH材料中具有良好普适性，为多元阴离子储能体系开发提供了通用设计原则。 本研究提出的“双空位驱动晶格软化”策略，从原子尺度解决了LDH材料在阴离子存储中面临的结构刚性过强与传输动力学缓慢的瓶颈问题，成功实现了晶格柔性、电荷分布与离子传输的协同调控。该工作为发展高性能阴离子电池电极材料提供了新思路，推动下一代高效储能器件的发展。
【团队老师简介】
隋艳伟
教授/博士生导师
中共党员，教授、博士生导师。2009年于哈尔滨工业大学获得博士学位，同年进入中国矿业大学工作，2017年在奥克兰大学访学。主要从事新能源新材料研究工作。主持和参与国家重点研发计划项目、GF重点项目、国家自然基金重点项目/面上项目等，主持其它纵向项目近20项；完成企业委托项目40余项，使得企业增效数十亿元；发表SCI文章250余篇，发明专利70余项；获得省部级科技进步一等奖2项；主编专著2部；兼任中国化工学会理事、中国热处理学会理事、中国铸造学会理事、江苏省铸造学会副理事长、江苏省储能专委会秘书长等。
戚继球
教授/博士生导师
中共党员，博士、博士生导师、教授。主要从事化学储能材料、抗火材料、耐腐涂层、轻合金及复合材料等方面的研究。主持国家自然基金项目、江苏省科技支撑项目、中央高校业务费项目、徐州市重点研发计划项目等纵向课题16项以及若干横向课题，获得江苏机械工程协会一等奖、中国腐蚀与防腐学会科学技术奖二等奖、江苏省科学技术奖三等奖等科研奖励8项。在Small、Nanoscale等国内外高水平学术期刊上发表SCI文章200余篇，论文被引超过4500次，H因子为34，入选斯坦福大学全球前2%顶尖科学家2023版榜单，获授权发明专利15件。
尹青
副教授/硕士生导师
中共党员，博士，副教授，硕士生导师。2021年毕业于北京化工大学，化工资源有效利用国家重点实验室，获工学博士学位，英国牛津大学无机化学系Recognized Phd student。主要从事无机二维层状材料的结构调控及电化学储能性能强化研究，包括阴离子电池，超级电容器，钠离子电池等。目前主持国家重点研发计划子课题、国家自然科学基金青年项目、江苏省自然科学基金青年项目、中国博士后科学基金面上等项目。在Adv. Funct. Mater、Advanced Energy Materials、Small、Chemical Engineering Journal等期刊上发表英文SCI论文40余篇。
李政
江苏南京人，中国矿业大学材料与物理学院，清洁能源技术专业，2024级硕士研究生，硕士研究方向：层状双金属氢氧化物基氯离子电池正极材料的构筑及其储氯机制研究。
晶格聚力，赋能未来
祝贺团队创新突破，期待更多青年才俊加入高效储能团队，共同以材料之力驱动能源革命，点亮绿色新纪元！