韩国浦项科技大学(POSTECH)的金元培教授和他的团队利用锰铁氧体(Mn3-xFexO4)纳米片作为锂离子电池的阳极材料，通过调控电子自旋，提高了电池的储能能力和充电速度。该项研究成果已发表在《先进功能材料》杂志上，并被选为封面文章。
据了解，目前即使使用快充方法，电动汽车的充电时间通常也至少需要 30 分钟。如果我们能像加油一样快速地为电动汽车充电，就可以缓解充电站的短缺问题。
锂离子电池的效率取决于阳极材料储存锂离子的能力。近日，金元培教授带领的研究团队开发出了一种新型的阳极材料。他们采用了一种新颖的自混合方法，通过一个简单的置换反应过程，合成了具有较大表面积的锰铁氧体纳米片。这种新型材料可以储存更多的锂离子，突破了其理论极限。
在这项研究中，研究团队设计了一种新方法来合成锰铁氧体纳米片，这种材料既有优异的锂离子储能能力，又有良好的铁磁性。首先，在混合了锰氧化物和铁的溶液中进行了一次置换反应，形成了一个异质结构化合物，内部是锰氧化物，外部是铁氧化物。然后，团队利用水热法制备出厚度仅为纳米级的锰铁氧体纳米片。这种方法利用了高自旋极化的电子，显著提高了储存大量锂离子的能力。
这项创新使得团队有效地超越了锰铁氧体阳极材料的理论容量 50% 以上。增加了阳极材料的表面积，使得大量的锂离子可以同时移动，从而提高了电池的充电速度。实验结果显示，只需要 6 分钟就可以为与目前市场上电动汽车相当容量的电池充满电。
这项研究简化了制备阳极材料的复杂过程，在提高电池容量和加快充电速度方面取得了突破性进展。研究团队的负责人金元培教授表示，“我们提供了一种新的理解，如何通过利用电子自旋对表面进行改性，来克服传统阳极材料的电化学限制，并增加电池容量。”他对这项发展表示乐观，认为它可能会提高电动汽车的电池寿命和降低充电时间。
这项研究得到了韩国国家研究基金会和科学技术通信部的中期研究者计划和先进研究中心计划，以及贸易工业能源部的下一代可充电锂离子电池性能提升和新制造技术开发计划的支持。
这可能是锂离子电池化学领域的一个重大突破。如果这项技术能够商业化，将树立一个新的标准。即使对于手机等小型系统来说，容量增加 50% 也将是一个重大变化。而且，保持相同的容量也可以节省锂的使用量。而 6 分钟充满电则更是前所未闻，希望这项技术能够尽快实现商业化。
