可充电锂电池是现代社会中最实用、应用最广泛的便携式和移动设备电源。控制电子和离子电荷在固体材料中的传输和积累一直是可充电锂电池的关键。锂离子在电极材料中的运移和积累是一个扩散过程，由锂离子的浓度分布和电极材料的内在结构决定，迄今为止还没有受到外力的操纵。

五邑大学柔性传感材料与器件研究开发中心罗坚义教授、唐秀凤副教授课题组报道了锂离子在金属氧化物中的可控二维运动和再分配的实现。该设计基于锂插层金属氧化物和液体电解质之间的固液界面，以及由恒定电流产生的磁场，这被称为“电流驱动模型”。图1为实现锂离子在金属氧化物中可控二维运动的方案示意图。

▲图1 电流驱动模型（以锂离子为例）

“电流驱动模型”首次实现了外力控制锂离子在金属氧化物中二维运动。图2为锂离子在WO₃中可控二维运动的实验过程和现象，P0、P1、P2、P3分别对应于WO₃膜的原始状态、Z移动状态、R-L移动状态和20min自扩散状态的整个过程示意图。四种工艺对应的WO₃膜光学照片L代表左，M代表中，R代表右。L、M、R分别为薄膜透射率监测区域。

▲图2 锂离子在WO₃中可控二维运动的实验过程和现象

该工作提出了一种迄今为止首次通过外力对离子在二维空间的可控操纵，这是一种厘米尺度的控制，是由基于“电流驱动模型”的磁场实现的。这项工作为构建安全、高容量的可充电锂电池提供了额外的见解。

以上成果以“Controllable two-dimensional movement and redistribution of lithium ions in metal oxides”为题发表在国际同行评议的多学科开放获取期刊Nature Communications上这项研究工作是在五邑大学柔性传感材料与器件研究开发中心、五邑大学应用物理与材料学院共同协作下进行的，文章的通讯作者是五邑大学罗坚义教授，第一作者是五邑大学唐秀凤副教授，第二作者为五邑大学应用物理与材料学院2020届本科生陈国新。

附文献及DOI号：

Controllable two-dimensional movement and redistribution of lithium ions in metal oxides.

DOI：10.1038/s41467-019-10875-w