第三分论坛:能源颗粒前沿论坛

发布时间:2021年10月15日
组织单位:北京理工大学、华东理工大学、中国科学院过程工程研究所、中国科学院山西煤炭化学研究所、南京工业大学、西北工业大学
论坛召集人:黄佳琦、江浩、张会刚、陈成猛、杨艳辉、孔龙
征文范围:(1)能源储存颗粒材料(如锂电池、电容器、锂硫电池、空气电池等相关材料);(2)能源转化颗粒材料(如煤基、生物质能源等高效转化材料);(3)能源颗粒材料的应用及产业化。
论坛简介:能源颗粒前沿论坛主要结合颗粒与能源存储/转化领域中急需解决的关键问题和难点问题,开展广泛的学术交流和讨论。通过对当前颗粒与能源存储/转化研究现状和发展趋势的交流,凝炼颗粒与能源存储/转化的研究方向,确定相应的关键科学问题,推动颗粒与能源存储/转化领域在基础理论、研究方法和工业应用中的发展。 
 
主题报告人:
 
李峰
中国科学院金属研究所
个人简介:1995年毕业于南京工业大学,2001年于中科院金属所获博士学位。随后在中科院金属所先后助研、副研和研究员。已在Adv Mater、Nature Energy等期刊发表论文300余篇,被引用超过50000次,其中30余篇高被引用论文,2016-2020连续入选科睿维安高被引用科学家,受邀为Adv Mater、Science等撰写综述和展望,获得国家发明专利20余项。获得国家杰出青年基金(2015),2006年曾获得国家自然科学奖二等奖(排名第二),2018年获得辽宁省自然科学一等奖(排名第一),被聘为《新型炭材料》、《储能科学与技术》、《Journal of Energy Chemistry》、《Energy Storage Materials》编委。
报告题目:碳基材料的锂硫电池应用
报告简介:锂硫电池具有高的能量密度,硫作为正极材料具有低成本、储量丰富和环境友好等优点,使得锂硫电池成为电化学储能体系中最有前景的电池之一。我们将高导电的纳米碳材料(石墨烯和碳纳米管)和可吸附多硫化物的材料引入到锂硫电池体系中,形成多组元复合电极材料,构建隔膜阻挡层,利用不同组分客体材料对多硫化物的物理和化学吸附作用,协同抑制穿梭效应,并通过电极结构的设计来提高载硫量和面容量。
 
胡勇胜
中国科学院物理研究所,中科海钠科技有限责任公司
个人简介:中国科学院物理研究所研究员/中科海钠创始人,英国皇家化学学会会士/英国物理学会会士,2017年入选第三批国家“万人计划”科技创新领军人才,中国科协十大代表。先后承担了国家科技部863创新团队、国家杰出青年科学基金等项目。自2001年以来,主要从事先进二次电池的应用基础研究,立足科学前沿和聚焦国家重大需求,注重基础与应用,在钠(锂)离子电池正负极材料、多尺度结构演化、功能电解质材料等方面取得多项创新性研究结果:1、发现Cu2+/Cu3+氧化还原电对在钠离子氧化物中具有电化学活性,并以此设计系列不含Ni/Co空气中稳定性好的低成本氧化物正极材料;2、提出无烟煤作为前驱体制备低成本软碳负极材料,并研制出容量大于400 mAh/g兼顾高首效的碳负极材料;3、提出新型高盐/低盐浓度电解质体系;4、多尺度研究了多种电极材料的储锂/钠机制;5、提出利用阳离子势来预测层状氧化物相结构的方法;6、提出了水系碱金属离子电池新材料体系;7、2018年6月推出了全球首辆钠离子电池微型电动车,并于2019年3月发布了首座30 kW/100 kWh钠离子电池储能电站,2021年6月启用首套1MWh的钠离子电池光储充智能微网系统;在Science、Nature Energy、Nature Mater.、Joule、Nature Commun.、Science Adv.等国际重要学术期刊上共合作发表论文200余篇,引用30000余次,H-因子90,连续7年入选科睿唯安 “高被引科学家”名录。合作申请60余项中国发明专利、已授权40项专利(包括多项美国、日本、欧盟专利)。目前担任ACS Energy Letters杂志资深编辑。最近所获荣誉与奖励包括第十四届中国青年科技奖、国际电化学学会Tajima Prize、英国皇家学会牛顿高级访问学者等。开发的钠离子电池技术在第三届国际储能创新大赛中荣获“2019储能技术创新典范TOP10”和“评委会大奖”、第九届中国科学院北京分院科技成果转化特等奖、2020年科创中国·科技创新创业大赛TOP10、2020年中关村国际前沿科技创新大赛总决赛亚军、入选2020年度中国科学十大进展30项候选成果,合著《钠离子电池科学与技术》专著一本(科学出版社2020年出版)。
报告题目:高功率高安全钠离子储能电池研究
报告简介:在高功率应用工况下(10C,分钟级响应时间),单一锂离子电池系统在实际工况下的循环使用寿命会大幅度降低,通常采用功率型和能量型电芯的搭配使用,来提升使用寿命,应用成本较高。目前,多数储能基站仍然沿用铅酸蓄电池,但铅酸蓄电池的使用寿命也只有2~3年,且我国在铅酸蓄电池回收及处理方面仍然缺乏有效的方法来杜绝对环境的污染。对于储能系统在满足性能和安全的条件下,倍率性能越高,所需储能系统容量越低,经济性越好。同时对于一些应用场景存在不定时大功率充放电(3min, 5-10C)需求,采用高倍率电池体系可提升安全与可靠性;目前主流储能技术尚无法完全精确匹配低成本、高安全和高功率要求。钠离子电池拥有原料资源丰富、成本低廉、环境友好、能量转换效率高、循环寿命长、功率特性强和安全性好等诸多独特优势,可很好匹配各类储能包括5G通讯基站、数据中心、调频等领域,以及低速电动车的相关应用需求。
本研究主要基于铜基层状氧化物正极材料和煤基碳负极材料体系,针对现有高功率工况下电池系统存在的寿命短、安全隐患大的问题,开发制备高功率、高安全的钠离子电池,攻克钠离子电池制备及应用关键技术,掌握钠离子电池核心电极材料的批量化制备技术,解决电极匹配及单体电池大批量制备工艺及技术难题。目前25℃、2C/2C循环寿命可达到4729周@80%,可以在5C倍率下进行快速充放电,10C放电容量保持率>90%。通过针刺、短路安全测试项目,不起火、不爆炸;电池可过放且过放电至0V后容量恢复率可达100%。钠离子电池在倍率和安全方面具备优异的性能,是高功率应用需求下的良好选择。
 
杨全红
天津大学化工学院
个人简介:杨全红博士,天津大学化工学院讲席教授、博士生导师。国家杰出青年科学基金获得者,教育部“长江学者”特聘教授,“万人计划”领军人才,科睿唯安和爱思唯尔“高被引学者”。从事碳功能材料、新型二维材料和先进电池研究,在致密储能和锂硫催化方面取得进展。获国家技术发明二等奖和天津市自然科学一等奖等奖项。担任Energy Storage Materials副主编,Carbon和Science China Materials等10余份刊物编辑和编委。发表SCI论文200余篇,他人引用25000余次,H因子88。拥有中国和国际授权发明专利40余件。
报告题目:基于微米硅颗粒的超高体积能量密度锂电池
报告简介:面向能源互联网的快速发展,提出电池的“幸福指数”和“需求层次”的概念;通过“致密储能”,把电池做小,克服智能终端所面临的“空间焦虑”,是提高电池幸福指数的必由之路。本次汇报将剖析致密储能的重要性以及石墨烯用于致密储能的理论基础和现实优势;基于石墨烯研究的“群众路线”,呈现课题组在致密储能方面的研究思路。重点汇报基于石墨烯毛细收缩策略,实现微米硅/碳负极稳定循环,获得高体积能量密度锂电池的研究进展。
 
曹安民
中国科学院化学研究所
个人简介:中国科学院化学研究所研究员。2006年中科院化学所物理化学专业博士,2007年至2012年分别在美国匹兹堡大学、德州大学奥斯汀分校从事博士后研究,2012年加入中科院化学所任研究员。课题组工作聚焦于电极材料表界面调控,致力于纳米能源化学研究,获得兼具高比能、高功率、高稳定性的储能器件。代表性成果发表在Nat. Mater.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.及Adv. Mater.等国际著名杂志上,目前承担或参与了国家杰出青年基金(2020)、中科院前沿科学研究等项目。
报告题目:电极材料表面调控及功能
报告简介:电极材料表面结构及功能对电池的稳定性、安全性具有决定性影响。课题组的研究聚焦于电极材料表面层结构的精准调控,探讨电极材料的失稳机制及稳定途径。本次报告将汇报课题组在电极材料表界面结构调控及功能研究上的相关进展:一方面,通过溶液中沉淀动力学的调控,实现电极材料表面纳米精度沉积层的调控,结合表面固相反应,实现表面晶格结构、化学特性的调控,有效抑制电极材料与电解液的副反应,显著提升材料的循环稳定性;同时,从抑制电极材料的体积膨胀出发,设计和构筑具有复杂表界面结构的电极材料,提升材料在钠电、钾电等电化学过程中的结构稳定性,获得具有高容量、高稳定性的电池器件。
 
董安钢
复旦大学
个人简介:董安钢,复旦大学化学系研究员、博士生导师。20002003年复旦大学化学系本科和硕士毕业,2007年圣路易斯华盛顿大学获博士学位,2008-2010年在宾夕法尼亚大学从事博士后研究,2010-2012年伯克利国家实验室任项目制研究员。长期从事纳米晶体组装与功能化研究,近5年在J. Am. Chem. Soc.Angew. Chem. Int. Ed.Nature Commun.等发表论文50余篇。曾入选中组部青年千人-计划,2020年获国家杰出青年基金,获2020年度上海市自然科学二等奖。
报告题目:功能纳米晶超晶体材料
报告简介:我们过去几年聚焦功能超晶体的研制与应用,围绕纳米晶表面固有的配体分子,通过引入新的配体分子作用机制及转化机制,精准调控超晶体的微观结构、介观形态及表界面性质,从分子水平实现对其功能的设计、剪裁和优化,成功将超晶体材料应用于能源存储与转化领域,并基于超晶体模型体系揭示了电极材料多尺度结构-性能关系。
 
王久林
上海交通大学
个人简介:自1999 年以来,长期从事高能二次电池方面的研究工作,率先报道硫@多孔碳和硫@导电聚合物(S@pPAN)两类纳米硫基复合材料,创建硫正极固固转化反应新机制,获得了同行广泛关注和跟踪研究;开发了水性多功能粘接剂、阻燃电解质以及高可逆负极,建立本征安全长寿命锂硫二次电池新体系。在Adv Mater, Angew, Energy Environ Sci, Adv Funct Mater, Energy Storage Mater等期刊发表文章200余篇,被引超1.4万次,h-index 60。获上海自然科学一等奖(以第一完成人)和上海市优秀学术带头人称号。
报告题目:固固转化反应S@pPAN材料微纳颗粒及柔性硫正极构筑
报告简介:常规单质硫正极存在多硫离子溶解穿梭,基于固固转化反应机制的硫正极切实解决这一关键难题,但这对硫材料颗粒内部电子/离子输运提出巨大挑战。本次报告将探讨如何基于分子尺度为硫构建电子/离子快速传递通道,并借助碳纳米管或石墨烯构筑多级结构硫材料颗粒,同时利用自修复粘接剂,构建柔性电极,确保充放电循环过程中硫材料颗粒和电极结构稳定性。
 
吴忠帅
中国科学院大连化学物理研究所
个人简介:中国科学院大连化学物理研究所首席研究员、催化基础国家重点实验室二维材料化学与能源应用研究组组长、博士生导师、国家杰出青年科学基金获得者、英国皇家化学会会士、中组部引进海外高层次青年人才、2018/2019/2020年科睿唯安全球高被引科学家。主要从事二维材料化学与高效微纳电化学能源的应用基础研究。已在Energy Environ. Sci.、Adv. Mater.、Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.等杂志发表学术论文190余篇,其中IF>10的论文100余篇,被SCI引用26000余次;获国家自然科学奖二等奖、辽宁省自然科学奖一等奖。担任Applied Surface Science编辑、Journal of Energy Chemistry执行编委、Advanced Materials客座编辑、Energy Storage Materials客座编辑和国际编委等学术任职。
报告题目:微型电化学能源材料理性设计与器件多界面协同调控
报告简介:针对可穿戴与微电子系统用储能器件的重大需求,报告人围绕微型电化学能源材料与器件的关键科学问题,开展了深入系统研究。研制出与平面化微器件特性相匹配的高活性二维赝电容材料;建立了高效微电极-耐高压电解质强界面作用规律,揭示了离子多方向传质反应机制,创制出高性能、柔性化、集成化微型储能器件及微能源系统。
 
徐群杰
上海电力大学
个人简介:徐群杰,上海电力大学二级教授,博士生导师,现任上海市电力材料防护与新材料重点实验室主任、上海市学位委员会第五届学科评议组成员和中国化学会电化学委员会委员。获国务院政府特殊津贴、上海市领军人才、上海市曙光学者、上海市五一劳动奖章、上海市四有好教师(教书育人楷模)提名奖和宝钢教育优秀教师奖等荣誉。长期从事能源材料电化学和表界面电化学的研究工作,作为项目负责人主持承担国家自然科学基金重大研究计划项目等8个国家基金项目以及合作参与承担4项国家重点研发计划和国家基金项目。研究成果 7 次获得上海市科技进步二等奖(第一)和上海市自然科学二等奖(第二)等上海市科技奖励。作为通讯作者在Adv. Energy Mater.、Small、 Adv. Funct. Mater.、ACS Catal.、J. Energy Chem.、J. Mater. Chem. A、ACS Appl. Mater. Interfaces等重要学术期刊发表SCI论文120余篇,其中入选ESI高被引论文9篇。以第一发明人获授权国家发明专利 52 项,其中转让9项;出版专著 1 部和编著 2 部(均排名第一)。
报告题目:磷烯基异质结构电催化剂的设计合成与应用研究
报告简介:近年来,二维层状材料磷烯在电催化领域展现出巨大的应用潜力,然而磷烯其较低密度催化位点和低电导率限制了其催化性能的提高。同时,磷烯易降解也极大限制了其应用。报告将介绍我们近期在围绕磷烯电子态和表界面结构调控以及磷烯基异质结构电催化剂设计方面的工作,探讨磷烯基异质结构在乙醇电氧化及析氧反应中的应用。
 
余彦
中国科学技术大学
个人简介:余彦, 中国科学技术大学教授, 国家杰出青年基金获得者;入选英国皇家化学会会士。兼任Journal of Power Sources 副主编。主要研究方向为高性能锂离子电池、钠离子电池、锂硫电池等关键电极材料的设计、合成及储能机制。目前在Science, Nature Energy, Adv. Mater.等国际著名期刊上发表论文200余篇,其中包括以通讯作者发表Adv. Mater. 30余篇。SCI他引20000余次,H因子86。入选“科睿唯安”以及“爱思唯尔”材料类高被引学者榜单。获德国洪堡基金会“索菲亚奖”、德国Wiley出版社“Outstanding Young Researcher”、中国硅酸盐学会青年科技奖、德国Wiley出版社“Small Young Innovators”奖、Elsevier出版社“Materials Today Rising Star”奖、Nano Research “Young Innovators Award” in Nano Energy、中国化工学会侯德榜科技青年奖、中国青年科技奖、中国青年女科学家、安徽省自然科学一等奖 (第一完成人)等奖项。
报告题目:钠离子电池负极材料结构设计及储能机理研究
报告简介:近年来钠、钾离子电池成为电化学储能技术研究的热点,有望成为新一代高能量密度和低成本电化学能储能系统。然而,较大的钠、钾离子半径、较慢的反应动力学等特性,使其应用仍然面临着极大的挑战。目前,关于钠(钾)离子电池负极材料的报道主要分为两大类。研究较多的一类是碳基材料。但是传统石墨类材料基于脱嵌反应机理,其比容量普遍低于300 mAh/g,很难满足实际需求。硬碳类材料面临着反应机理不明确、容量低、首次库仑效率低等难题。而另外一大类负极材料主要是基于合金化反应(如锡、磷、锑、铋)和转化反应机理(如过渡金属硫化物等)。这类材料理论容量高,但是,此类材料应用中关键问题是脱/嵌钠(钾)带来的巨大体积膨胀以及纳米颗粒的团聚造成电极材料利用率低,严重制约了电池的长循环寿命。本课题组的研究主要是针对以上两种典型的钠(钾)离子电池的负极材料的性能优化以及其电化学反应机理展开,通过调控材料的组分、微结构,提高其导电性、抑制体积膨胀、提升库仑效率, 提升了负极材料长循环稳定性同时探索了其储能机理。
 
朱俊武
南京理工大学
个人简介:近年来主要从事能源高效利用中材料微结构调控、设计和性质研究。在Nature Commun., Adv. Mater.等期刊上发表SCI论文100余篇,SCI他引10000余次,最高单篇SCI他引1600余次,获授权发明专利40余项。作为主要完成人获国家科技进步二等奖2项,省部级奖励5项。先后入选国家优青、青年长江学者、国家“万人计划”科技创新领军人才。担任《Nano Materials Science》、《Transaction of Tianjin University》、《应用化学》杂志编委。现为中国化学会应用化学学科委员会委员,中国材料研究学会理事,中国颗粒学会青年理事。
报告题目:材料组分间的相互作用在能源利用中的应用
报告简介:困扰我国能源、化工、军事等领域的很多技术核心都是材料稳定性的问题,而究其微观本质多为材料组分界面的问题。无机纳米功能材料活性高但稳定性差,与碳材料进行杂化是提升其性能的有效途径,但组分间界面相互作用弱,导致结构稳定性远达不到产品不断提升的性能要求。围绕能源储存与转换领域纳米功能材料的结构设计、制备和应用中的基础科学问题,针对材料微结构设计中界面作用弱的共性技术瓶颈,解析了材料组分间界面的相互作用机理,建立了碳基杂化材料的通用制备方法。
 
邀请报告人:
郭少华
南京大学
个人简介:郭少华,南京大学教授、博士生导师。近年来一直从事能量储能材料与器件的基础研究与应用开发,在钠离子电池层状电极材料的设计制备、结构表征与机理研究等方面积累了丰富的研究经验。以第一或通讯作者发表 SCI 论文 50 篇,包括Nature Communications、Angewandte Chemie International Edition、Advanced Materials、Joule等。 SCI他引4000次,h指数36,10篇入选ESI高被引论文。先后入选国家万人计划青年拔尖人才、教育部青年长江学者,获得欧洲先进材料协会Scientist Award、Emerging Investigators 2019 (Journal of Materials Chemistry A)、NSFC-RSC国际能源化学报告奖等荣誉。在中国材料大会、中国化学会全国无机化学学术会议、中国化学会中国能源材料化学研讨会以及全国电化学大会等重要学术会议作主旨报告和邀请报告20余次,并担任中国材料研究学会青年工作委员会理事、江苏省动力及储能电池产业创新联盟常务理事。
报告题目:钠离子电池层状正极材料的过渡金属离子迁移研究
报告简介:钠离子电池具有资源丰富、价格低廉的优势,有望应用于大规模储能等领域。层状正极材料中普遍存在的过渡金属阳离子迁移到钠层的问题是待解决的关键机理问题之一。本课题组针对过渡金属阳离子迁移与电压迟滞的关系进行了系统的研究,通过STEM和in-situ XRD观测到了可逆的迁移过程,这对未来电池的设计与应用提供了参考。
 
胡彦杰
华东理工大学
个人简介:2001年本科毕业于哈尔滨工程大学化学工程与工艺专业,2007年博士毕业于华东理工大学材料科学与工程专业后留校任教,2015年晋升为研究员。2015-2017年美国圣路易斯华盛顿大学访问学者。现任华东理工大学材料科学与工程学院副院长、上海环境友好材料专业技术服务平台主任;兼任中国颗粒学会青年理事和上海硅酸盐学会监事。
曾获上海市高校特聘教授(东方学者)、上海市优秀技术带头人、上海青年科技启明星、上海市浦江人才等荣誉称号。曾主持国家自然科学基金介尺度重大计划培育、国家自然科学基金面上、上海市基础研究重点、上海市纳米专项等国家和省部级项目;曾获2009年度上海市科学技术进步一等奖、2011年度中国石油和化学工业联合会科技进步二等奖、2019年湖北省科学技术进步三等奖。以第一/通讯作者在Adv. Funct. Mater.、Small、Sci. China Mater.以及AIChE J.、Chem. Eng. Sci.、Combust. Flame等材料、化工和燃烧领域主流期刊上发表SCI收录论文110余篇,所有论文SCI他引4200余次,h因子35;授权中国发明专利32项,申请PCT国际专利2项;参与两项纳米粉体材料行业团体标准的制定。
报告题目:功能纳米材料的燃烧合成及其产业化应用
报告简介:火焰燃烧过程中特有的1500℃以上反应温度和毫秒级反应时间,为复杂组分和结构纳米材料制备提供了新途径。基于燃烧反应器结构设计,揭示传递及反应与材料生长之间内在联系,设计构筑了多种化学组成、结构、形貌和表面官能团可精细调控的功能纳米材料;在阐明混合、热质传递等工程规律的基础上,研究了纳米材料制备的工程特征,面向能源和环境等应用领域,实现了产业化应用。
 
 
赖超
江苏师范大学
个人简介:赖超,教授,江苏师范大学,江苏省青蓝工程中青年学术带头人。先后主持国家自然科学基金3 项,江苏省杰出青年基金1项,横向3项;2015年获得天津市自然科学二等奖,2016年获得徐州市十大青年科技奖。近十年来,主要从事高比能锂电池以及界面电化学的研究,取得了一系列创新性科研成果,作为一作和通讯先后在包括Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Edit.和Adv. Mater.等杂志发表论文40余篇,被引用3500余次。
报告题目:金属锂负极的表界面调控
报告简介:金属锂因其极高的比容量(3860 mAh/g)而备受关注。然而,金属锂负极易生成枝晶,同时难以形成稳定固态电解质界面膜,导致金属锂电池循环稳定性能和库伦效率降低。我们的研究工作主要聚焦于电解液添加剂改性的研究,提出了均镀力的参数,并以此筛选出了CTAB、OP-10和酞氰钴三种高效添加剂,极大的提升了锂负极的长循环寿命。
 
李盛
南京工业大学
个人简介:2015年于澳大利亚格里菲斯大学取得博士学位。目前工作主要集中在新型电化学储能材料与器件(锂离子电池、钠离子电池、锂硫电池、金属空气电池等)的设计与研发。在侧重探讨电极在可逆电化学过程中的表界面反应的机理的同时,对电化学储能材料的功能与设计进行研究,并推进其产业化进程。以第一或通讯作者在Angew. Chem. Int. Ed., Nano Energy, Energy Storage Mater. , Chem. Eng. J. , ACS Appl. Mater. Interfaces等学术期刊上发表多篇相关研究论文。
报告题目:碳材料结构设计与高倍率钠离子存储
报告简介:作为钠离子电池负极,硬碳的长程无序结构由于其复杂性和可调性,近年来被广泛研究。在不同电压下与不同的碳结构中,“嵌入-脱出”、“吸附-脱附”、“沉积-剥离”等几种储存机制也会影响到钠离子电池的能量、功率与安全性等性能。依据不同碳结构所对应电化学存储行为,对碳电极进行设计,则可能显著提升电极材料的性能。
 
梁骥
天津大学
个人简介:梁骥教授于2014年获澳大利亚阿德莱德大学博士学位,先后获中国科学院金属研究所葛庭燧奖研金项目、澳大利亚研究理事会(ARC)青年学者奖(DECRA)等项目的支持。于2019年加入天津大学材料科学与工程学院,从事纳米储能材料与器件的基础及应用研究,所开发的材料用于新型非贵金属催化氧还原、氮还原、光催化及储能等领域。梁骥教授针对电催化及电池应用的具体要求,对材料的结构和表面化学进行设计和调控,得到了一系列的高性能电催化/电池材料,同时结合理论模拟,揭示了这类非(贵)金属材料在上述电化学体系中的反应机制。
近年来,其研究成果以学术论文的形式在Energy Environ. Sci.、Angew. Chem.、Adv. Mater.、Adv. Energy. Mater.、Adv. Funct. Mater.、J. Am. Chem. Soc.、Energy Storage Mater.等期刊发表文章100余篇,其中多篇以封面、内封面、封底的形式发表,参与编写英文书籍多部,其学术成果累计引用8800余次。
报告题目:多功能碳基能源材料的结构设计
报告简介:电化学氧还原反应是燃料电池、金属空气电池等新能源器件的核心反应。针对目前商用铂基氧还原催化剂高成本、不稳定、难回收等关键问题,开发了一系列非(贵)金属氧还原电催化材料。通过设计层次孔结构提高材料内部传质能力;通过设计表面化学结构构筑高性能催化活性中心;通过设计石墨结构实现高电子电导。成功在非(贵)金属材料上实现与铂碳催化剂相同甚至更优的氧还原催化性能,同时揭示了一系列非(贵)金属催化活性中心的氧还原催化机制。进而,将氧还原催化理念扩展至其他关键电化学过程。例如,针对电化学氮还原制氨过程,设计并制备了具有特定表面电子结构和原子构型的非贵金属电催化材料,实现了高法拉第效率、高产率的电化学氮还原制氨。
 
罗巍
同济大学
个人简介:罗巍,同济大学材料学院教授、博导。回国前担任美国马里兰大学助理研究教授。曾先后于美国俄勒冈州立大学,马里兰大学从事博士后研究。主要从事新型能源材料和器件方面研究,在固态锂电池和钠电池等领域发表论文60余篇。作为第一作者/通讯作者的工作发表在Natl. Sci. Rev., Adv. Mater., JACS, Angew. Chem., Matter, Chem, Sci. China. Chem., Adv. FunctMater., Nano Lett., Acc. Chem. Res.等学术期刊,并连续3年入选科睿唯安全球高被引科学家(2018-2020)。
报告题目:固态锂电池的界面工程研究
报告简介:All-solid-state Li-batteries using solid-state electrolytes (SSEs) offer enhanced safety over conventional Li-ion batteries with organic liquid electrolytes due to the nonflammable nature of SSEs. The superior mechanical strength of SSEs can also protect against Li dendrite penetration, which enables the use of the highest specific capacity (3861 mAh/g) and lowest redox potential (−3.04 V vs standard hydrogen electrode) anode: Li metal. However, contact between the Li metal and SSEs presents a major challenge, where a large polarization occurs at the Li metal/SSE interface. Here, we present two strategies for solving this problem. One is coating an ultra-thin layer of semi-conductor material, which can effectively change the surface of a promising oxide-based SSE (garnet) from “superlithiophobicity” to “super-lithiophilicity”. The second one is fabricating a Li-based composite. As a result, the interfacial resistance between Li and garnet dramatically decreased.
 
马建民
电子科技大学
个人简介:马建民,男,湖南大学物理与微电子科学学院副教授,湖南省杰出青年基金获得者。先后在德州大学奥斯汀分校、南洋理工大学、香港中文大学、卧龙岗大学进行博士后/访学研究工作。研究领域包括:锂/钠离子电池、电容器、电催化等纳米技术、第一性原理DFT在电池和电催化体系的应用以及智能电站和微生物有机无水处理工程。发表包括Advanced Materials、ACS Nano、Advanced Energy Materials、Energy Storage Materials、Small、Small Methods、Advanced Science、Nano Energy等国际期刊SCI论文140余篇,其中第一/通讯作者90余篇。授权发明专利15项,2017年获锦州市科学技术进步二等奖。
报告题目:电解液化学与添加剂创新
报告简介:锂电池是非常重要的一类高能量密度的储能器件,具有较好的应用前景。其性能在很大程度上受制于电解液与其两个电极的界面性能(一体两面)。因此,研究电解液及其化学行为非常重要。本报告中将涉及电解液化学中的一些概念和添加剂的研究进展,以期对大家研究电池和电解液有所帮助。
 
陶新永
浙江工业大学
个人简介:2007年获得浙江大学博士学位,2007-2008年在美国南卡罗莱纳大学从事博士后研究,2014-2015年赴美国斯坦福大学进行访学。曾荣获国家“优青”(2017年)、教育部“新世纪优秀人才”(2012年)、浙江省“钱江学者”特聘教授(2009年)、浙江省自然科学奖二等奖 (2019年,第二完成人)、首批“浙江省高校领军人才培养计划创新领军人才”(2020年)等。2008年入职浙江工业大学以来,一直从事绿色储能材料以及锂金属电池材料研究。近期,基于冷冻电镜技术,系统研究了锂金属负极及固态电解质的表界面特性,对于锂金属电池的基础电化学原理和界面化学特性有了原子层面的新认识。以通讯作者身份在Nat. Energy,Nat. Commun.Sci. Adv.Adv. Mater.Nano Lett.ACS NanoAngew. Chem. Int. Ed. Energy Environ. Sci.、Adv. Energy Mater.等学术刊物上发表多篇研究论文。论文共被John B. Goodenough教授等人引用13000余次,h因子61,1篇入选中国百篇最具影响国际学术论文,18篇入选ESI高被引论文;获授权发明专利36项,部分成果得到实际应用;合作编写英文书籍章节2章;应邀作国际会议邀请报告26次;应邀担任Nature、Nat. Energy、Nat. Commun.、Sci. Adv.、Nano Lett.、ACS Nano、Adv. Mater.、Angew. Chem. Int. Ed.等30余个国际知名期刊审稿人或仲裁人。
报告题目:绿色储能材料
报告简介:在各类二次电池体系中,由金属锂负极(3860 mAh/g)和单质硫正极(1675 mAh/g)组成的锂硫电池具有超高理论能量密度(2600 Wh/kg),引起了巨大关注。其中,电极材料是锂硫电池的核心,发展新型电极材料是获得高比能、高安全、长寿命锂硫电池的关键。围绕电极材料表、界面和孔结构调控,开展了以下相关研究:u在原子尺度证实生物质材料对金属锂枝晶的抑制机理;v揭示金属锂“死锂”难题的根源并提出生物质碳载卤素激活策略;w基于多硫化锂吸附和扩散平衡提出生物质碳硫复合正极材料设计依据。
 
夏晖
南京理工大学
个人简介:夏晖,南京理工大学材料科学与工程学院教授、博士生导师,江苏省杰出青年科学基金获得者、中国硅酸盐学会固态离子学分会理事、2018科睿唯安“高被引科学家”、国际先进材料学会(IAAM)会士。先后于2000年和2003年在北京科技大学获得学士和硕士学位。后师从新加坡国立大学的吕力教授,并于2007年获得博士学位。博士毕业后在新加坡国立大学机械工程系从事博士后研究工作至2011年。于2011年初被引进到南京理工大学材料科学与工程学院,为格莱特纳米科技研究所纳米能源材料(NEM)课题组负责人(http://nem.smse-njust.com/)。课题组主要从事全固态薄膜锂电池,超级电容器以及新型储能体系关键材料与器件的研究。在Nat Sustain、Nat Commun、Adv Mater等期刊发表论文160余篇,相关论文被引用10000余次。
报告题目:多面体取向调控抑制姜-泰勒畸变
报告简介:目前商用锂离子电池严重依赖高钴和高镍的正极材料,但钴和镍的储量低、成本高,亟需用储量丰富、成本低廉、环境友好的过渡金属来取代。锰基正极材料具有较高的理论比容量,高安全特性和低成本的优势,成为锂离子电池研究的热点。然而,由于Mn3+存在姜-泰勒畸变行为,充放电过程中材料结构不稳定,导致其循环寿命短,高容量锰基正极应用受限。在本工作中,研究者以尖晶石结构的Mn3O4为原始电极,通过电化学活化将其原位转变为层状和尖晶石共生异质结构,该材料颗粒内部层状和尖晶石两相界面处Mn的dz2轨道呈现近似垂直的界面轨道有序,其类似马赛克的晶畴结构以及层状和尖晶石的共享界面有效破坏了颗粒内部锰姜-泰勒畸变的长程有序。因此,该异质结构的LiMnO2正极展示出高比容量、出色的高倍率性能以及长达千次的优异循环性能。该工作为抑制锰基正极的姜-泰勒畸变提供了一种有效的异构设计和界面工程策略,提出了锰基正极多面体取向调控的新方法,使得开发高稳定锰基正极材料成为可能,必将进一步带动锰基材料用于可持续性、规模化储能器件。
 
夏新辉
浙江大学
个人简介:浙江大学材料学院研究员,2015年入职浙江大学材料学院,从事碳基复合材料的可控制备及其物化性能调控,并探索碳基材料在新能源领域和催化环保领域的应用研究,相关成果发表在AM等期刊上,主持国家基金等多个项目。
报告题目:菌丝碳基复合材的构筑及其锂硫电池应用
报告简介:锂硫电池是新一代高比能绿色储能器件,但受限于正极侧多硫化物的穿梭损失和负极侧锂金属枝晶问题,导致锂硫电池能量密度衰减较快,循环性能不理想。为客服上述问题,我们借助生物发酵技术发展新型的菌丝碳基硫正极和锂负极,利用菌丝碳的多功能性协同克服正极侧多硫化物的穿梭损失和负极侧锂金属枝晶问题,从而获得性能强化的锂硫电池。
 
徐朗
中国矿业大学
个人简介:徐朗,男,1984年1月生,江苏南京人,南京大学本科,英国牛津大学博士、博士后,现为中国矿业大学教授,博士生导师,江苏特聘教授。现主要从事包括燃料电池、二氧化碳转化等涉及绿色低碳能源分子科学与工程领域研究。承担国家自然科学基金、江苏省自然科学基金等科研项目。系统性研究工作发表在包括Energy Environ. Sci.、Appl. Catal. B: Environ.在内国际权威学术期刊上
报告题目:煤基/生物质基多孔碳的制备与电催化还原氧/二氧化碳性能研究
报告简介:本报告阐述了煤基/生物质基多孔碳材料的制备过程协同调控机制,设计了煤基/生物质基分级多孔碳电极结构,构筑了“长程有序、短程无序”的多尺度孔道结构,提出了电催化材料输运通道和反应界面设计方法,开发了pH通用型电催化材料合成制备技术。研究工作为高性能煤基/生物质基电催化材料制备提供了理论和技术支撑。
 
闫建华
东华大学
个人简介:闫建华,东华大学纺织学院教授。于2009年在北京交通大学获得微电子工程学士学位,2012年在中科院微电子研究所获得电子与通信工程硕士学位,2015年在美国西弗吉尼亚大学获得机械工程博士学位。2016-2017年先后在美国西弗吉尼亚大学和伯克利国家实验室从事材料化学博士后研究工作。2017年加入东华大学纺织学院开展纺织纤维学科研究工作,主要从事柔性无机纳米纤维纺织材料与器件的研究。主持国家优秀青年自然科学基金、国家重点研发计划课题、军委科技委项目等14个项目;入选青年托举人才工程、上海市海外高层次人才-计划、上海市青年科技启明星等7个;获中国新锐科技人物突出贡献奖、长宁区青年科技创新英才等荣誉。近五年,在Sci. Adv.、Nat. Commun.、Adv. Mater.等期刊发表论文30余篇;授权专利12项,部分已实现转化
报告题目:柔性氧化物陶瓷纳米纤维基固态锂电池
报告简介:作者以高分子聚合物为模板,开发了静电纺纳米纤维的力学增强技术,突破了氧化物陶瓷脆性大的瓶颈,制备了一系列柔性电子陶瓷纳米纤维新材料;提出了电子缺陷结构调控新方法,显著提升了氧化物陶瓷纳米纤维的表/界面性质;构建了三维混合导体电极及一体化复合电解质,探索并优化了纤维基柔性固态锂电池的结构及性能。
 
杨晓伟
上海交通大学
个人简介:杨晓伟,上海交通大学化学化工学院教授/博士生导师,曾获得万人-计划青年拔尖人才、科技部青年973计划首席科学家、上海市曙光学者。主要研究领域为纳米限域流体学、可控离子通道、快充式电化学储能技术等。以第一、通讯作者在Science、Adv Mater、Angew Chem Int Ed等期刊发表学术论文,最高单篇他引1300余次。
报告题目:电化学储能中的传递-反应耦合
报告简介:针对电化学储能的传递-反应耦合机制,我们阐明二维亚纳米通道中独特的流体传递特性,开发(原位)界面功能化及电荷修饰策略,强化溶剂化阴、阳离子传递过程,实现亚纳米孔快速储能;揭示界面传递-反应耦合机制,实现宽电化学窗口和高电位氧化还原反应;调控晶面取向、相界等,强化传质,实现新体系高倍率二次电池。
 
张涛
中国科学院上海硅酸盐研究所
个人简介:研究员,博士生导师,高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室“电化学储能材料与器件”课题组组长,能源材料研究中心副主任。上海千人计划和中国科学院百人计划入选者。英国皇家化学学会会士,国际电化学能源科学院理事,上海市侨界知识分子联谊会理事,上海市长宁区侨联青年委员会委员。《InfoMat》首届和《物理化学学报》第五届青年编委。主要从事金属空气电池和固态锂电池研究。
报告题目:陶瓷基锂金属电池电解质材料和电极界面适配技术研究
报告简介:固态电解质陶瓷是构筑安全固态锂金属电池的核心材料。以消除石榴石型 Li7La3Zr2O12(LLZO)表面惰性Li2CO3并增强锂离子在正极内部的传输速率为目标,提出了基于表面锂供体反应的固态电解质陶瓷材料制备及固态正极内部界面适配策略。同时,通过对强极性基团在石榴石型电解质表面的配位化学研究,揭示了腈基与LLZO晶格镧原子之间的强配位机制。
 
赵相玉
南京工业大学
个人简介:主要研究方向为电化学储能材料与器件,开展电化学储能材料及二次电池新体系(如氯离子电池、镁电池)研究,以第一或通讯作者在Adv. Mater.、Angew. Chem. Int. Ed.、ACS Energy Lett.、Adv. Energy Mater.、Adv. Sci.等SCI期刊上发表论文70余篇,获授权中国发明专利7件、欧洲专利1件。主持国家自然科学基金3项、部省级项目4项和企业委托项目4项。入选江苏省“青蓝工程”优秀青年骨干教师、江苏省“双创博士”、南京市领军型科技创业人才引进计划和校首批“党员先锋岗”创建对象。获江苏省高等学校科学技术研究成果奖、德国KIT的Helmholtz Research Fellowship、江苏省优秀博士学位论文等奖励。
报告题目:镁电池高比能高丰度硫化物正极材料研究
报告简介:介绍了报告人近期在镁电池金属硫化物正极材料的研究工作。通过卤化物插层降低Mg2+的库伦效应,采用氟化硼基电解液提高电极/电解液相容性,显著提升了CuS的储镁性能。在黄铁矿FeS2电极中原位引入铜纳米线导电网路,实现了该电极的可逆转换反应,获得了714 Wh/kg的高比能量,为发展高比能高丰度FeS2-Mg储能电池奠定了科学基础。
 
周永宁
复旦大学
个人简介:周永宁,2004年毕业于复旦大学材料科学系材料物理专业,获学士学位;2010年毕业于复旦大学材料科学系材料物理与化学专业,获博士学位;其间2008-2009年,赴美国Brookhaven国家实验室访问;2010-2012年在复旦大学化学系做博士后;2012-2015年在美国Brookhaven国家实验室做博士后,后任助理研究员;2015年7月回国,加入复旦大学材料科学系。入选国家高层次人才引进计划。主要从事锂离子电池和钠离子电池材料研究。在新型电池材料开发和储能机制研究,以及电池材料的同步辐射原位表征方面取得了一系列创新性成果。发表SCI论文130余篇,包括JACS、 Nat. Commun.、Adv. Mater.等期刊,获授权中国发明专利11项。
报告题目:新型钠离子电池正极材料设计及其储钠机理
报告简介:本报告将介绍我们近期设计的一系列新型层状结构钠离子电池正极材料,着重讨论这些材料的设计思路,及其在充放电过程中的相变行为和电荷补偿机制与其电化学行为特征之间的关系,并对钠离子电池正极材料未来的发展方向做出展望。
 
 
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【2021年未来颗粒前沿论坛组委会】供稿
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