我院李伟善教授团队在新能源与储能电池领域取得系列创新成果

18luck客户端下载 化学学院/学院新闻 2022-01-23 09:10:41 来源:18luck客户端下载 化学学院 点击: 收藏本文

我院李伟善教授课题组,依托我校国家地方联合工程研究中心,秉承紧扣产业发展需求开展基础理论问题研究的理念,在过去的一年中,在新能源材料和储能电池领域取得系列创新成果,构建了新体系、提出了新理论、发展了新方法。

团队钟耀棠博士研究生等构建了一种高效低成本的制氢新体系,该体系由太阳能电池板发电、可充电锌-空气电池储电和电解槽电解水制氢等三部分构成。制备出能同时适用于氢析出(HER)、氧析出(OER)与氧还原(ORR)反应的非贵金属催化材料(Co-NC@CC)。实验结果表明,所构建的电解水制氢系统可实现24 h无间断高效稳定制氢。在氙灯1500 W/m2光功率密度的照射下,其太阳能-氢转化效率(STH,solar to H2)高达18.43%,接近低成本吸光材料驱动电解水产氢体系的最高纪录(18.7%)。这种利用太阳能驱动的新型高效低成本电解水制氢系统实现了氢能生产清洁化,为制氢技术的可持续发展提供了可靠途径。成果” Efficient water splitting system enabled by multifunctional platinum-free electrocatalysts”发表在Adv. Funct. Mater. 2021, 31, 2009853上。


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团队国家“万人计划”青年拔尖人才邢丽丹教授、刘明珠博士研究生等提出了锂离子电池中氢氟酸(HF)产生的新机理。在锂离子电池的使用过程中,含有LiPF6的电解液会发生水解反应,产生HF。HF会进一步腐蚀电极/电解液界面膜,进而导致电池性能下降。然而,商用电解液的水解机理并不明确,导致抑制电解液水解的研究进展缓慢。该团队利用分子动力学模拟,量子化学计算和实验研究相结合,阐明了电解液的水解机制,并提出了抑制水解反应的解决方案。该成果“Hydrolysis of LiPF6‑Containing Electrolyte at High Voltage” 发表在ACS Energy Lett. 2021, 6, 2096-2102上。

 

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团队陈敏博士、阮弟根本科生等发展出提高钴酸锂电池能量密度的新方法。锂离子电池的高电压化是提升电池能量密度的有效途径。但是高电压条件下正极界面稳定性下降,导致电池性能衰退加剧。该团队提出一种具有噻吩、腈和羰基三个官能团的新型电解液成膜添加剂,5-乙酰噻吩-2-羰基(ATCN),用于原位构建高稳定的正极界面膜,从而显著提高LiCoO2正极在高压下的循环稳定性。该添加剂的应用将商品化的LiCoO2/石墨软包电池(34 Ah)的循环次数从550次增加到800次。该成果“In situ Constructing a Stable Interface Film on High-Voltage LiCoO2 Cathode via a Novel Electrolyte Additive” 发表在Nano Energy. 2021, 90, 106535上。


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邢丽丹教授、马泽恺硕士研究生等发展出拓宽锂离子电池电化学窗口的新方法。随着锂离子电池在电动汽车上的应用,其安全性能也越来越受到消费者的关注。高挥发性和低闪点的碳酸酯基电解液是导致锂离子电池易燃的主要因素。采用水系电解液替代传统易燃的非水碳酸酯基电解液,有望解决锂离子电池安全性低的问题。但现阶段水系锂离子电池的实际应用仍存在一些技术瓶颈,包括水系电解液电化学稳定窗口窄,低温水溶剂结冰导致电池性能下降等。该团队提出,通过在水系电解液中引入低粘度、低熔点和高还原稳定性的共溶剂,调控本体电解液离子溶剂化层组分和电极/电解液界面层的离子溶剂化组分、结构出发,设计开发了一种适用于宽温、高电压、高安全水系锂离子电池的高盐浓度水/非水混合电解液。该成果“Expanding the Low-Temperature and High-Voltage Limits of Aqueous Lithium-ion Battery” 发表在Energy Storage Mater. 2022, 45, 903-910上。

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