高比能二次電池電極材料研究獲新進展
近日，2019年吉林省科學技術(shù)獎揭曉。由中國科學院長春應用化學研究所張新波研究員等完成的“高比能二次電池電極材料設(shè)計、合成及性能研究”成果榮獲2019年吉林省自然科學獎一等獎。
二次電池作為一類重要的能量儲存器件因具有綠色環(huán)保、能量密度高和循環(huán)壽命長等優(yōu)點，已經(jīng)被廣泛應用于手機、筆記本電腦等電子產(chǎn)品。隨著二次電池在新能源汽車和大規(guī)模儲能等領(lǐng)域的廣泛應用，對其性能提出了越來越高的要求，而設(shè)計和合成高性能電極材料是突破二次電池性能瓶頸的關(guān)鍵。
長春應化所科研人員聚焦二次電池電極材料的理性設(shè)計原則、可控合成方法和性能提升策略等關(guān)鍵科學問題，面向高比能二次電池開展了深入研究。他們開展了三維大孔和異質(zhì)元素摻雜電極的設(shè)計、合成及電化學性能探索，解決了碳負極材料比容量低的難題，為下一代高性能鋰/鈉離子電池電極材料的開發(fā)提供了新思路；開展了金屬氧化物負極的制備與一體化電極的構(gòu)筑，大幅提高了電池的能量密度，為儲能領(lǐng)域一體化電極的設(shè)計提供了經(jīng)驗；開展了綠色可再生有機電極材料設(shè)計、合成與儲能機理研究，為下一代可再生有機電池電極材料的設(shè)計與開發(fā)奠定了理論基礎(chǔ)。
該系列創(chuàng)新性成果的取得對于開發(fā)設(shè)計下一代高性能二次電池電極材料及高性能儲能器件具有重要意義，為綠色有機電極材料的開發(fā)貢獻了新方案。
該成果8篇代表性論文被SCI論文他引1128次，其中5篇論文成為ESI高被引論文，20篇核心論文被SCI論文他引2642次。
圖1：三維大孔電極的制備與性能研究。PEDOT/FeF3多孔電極的制備過程（a），形貌（b-d）和電化學性能（e）;異質(zhì)元素摻雜碳多孔電極的儲鋰機制（f）和電化學性能比較（g）
圖2：一體化電極的構(gòu)筑與性能研究。GeO2一體化電極的形貌和擴散機制（a）與電化學性能（b）；CoO/石墨烯復合一體化電極的制備過程（c）與循環(huán)穩(wěn)定性（d）
圖3：有機電極材料的制備與性能研究。（a）基于聚多巴胺構(gòu)筑的綠色電池示意圖，（b）聚多巴胺電極材料的循環(huán)穩(wěn)定性和（c）聚多巴胺儲鋰的理論計算
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