近期，课题组在锂/钠电池性能差异研究方面取得进展，相关工作以“Insight into the ion-dependent capacity mismatch in alkali metal ion batteries by in situ magnetometry”为题目发表在国际顶级期刊《Energy Storage Materials》上（DOI：10.1016/j.ensm.2023.03.035. IF=20.831）。课题组长李洪森教授为本文的通讯作者，硕士研究生左风凯、张昊为第一作者，青岛大学为第一单位。

锂离子（Li⁺）、钠离子（Na⁺）等单价碱金属离子是可充电二次电池中具有重要现实意义的基本电荷载体，为全球现代化建设奠定了基础。锂离子电池（LIBs）的长足发展促进了钠离子电池（SIBs）的发展，然而当LIBs电极材料作为可逆的Na⁺宿主时，其电化学性能通常存在较大差异。为了从根本上破译不同体系性能差异并合理设计高性能储能器件，必须系统地了解同一电极材料在不同碱金属离子电池体系中的详细反应机制。

在该项研究中，李洪森教授及其团队成员结合先进的结构表征和原位磁性测试建立了一个全面的方法揭示了LIBs和SIBs中同一电极材料容量差异的起源，并通过计算建模进一步证实。选择单分散的FeTiO₃作为模型材料，发现了其与Li⁺或Na⁺不同相互作用导致的离子依赖性反应机制。在Na⁺体系中，活性材料不能深度地参与生成Fe⁰的转化反应，并生成不可逆的NaO₂和Ti单质，使其性能受到了限制。此外，原位磁性测试结合电化学循环能够动态反映过渡金属物种的结构演化和电子分布情况，首次证明了过渡金属钛酸盐中存在自旋极化表面电容。热力学考虑进一步有力地证实了FeTiO₃材料在锂/钠电池体系中在低电位下的界面电荷存储机制。这种方法也可以扩展到整个碱金属离子家族，甚至更广泛的多价金属离子电池，指导基于不同电荷载体的高性能电极材料的设计。