鋰離子電池負(fù)極材料方面取得的重要進(jìn)展

化工與化學(xué)學(xué)院陳剛教授帶領(lǐng)的能量轉(zhuǎn)換材料團(tuán)隊(duì)在鋰離子電池負(fù)極材料的研究方面取得重要進(jìn)展。研究成果發(fā)表于材料科學(xué)領(lǐng)域頂級(jí)期刊《先進(jìn)材料》（影響因子19.79），論文題目為《構(gòu)建二維納米流體通道以實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的電化學(xué)能量儲(chǔ)存》（Engineering 2D Nanofluidic Li-Ion Transport Channels for Superior Electrochemical Energy Storage），該文章被選為當(dāng)期封面文章（Front Cover），陳剛教授為文章通訊作者，團(tuán)隊(duì)博士生閆春爽和呂查德為共同第一作者，哈工大為第一通訊單位。

近年來，鋰離子電池由于具有能量密度高、循環(huán)壽命長且對(duì)環(huán)境友好等特點(diǎn)，已經(jīng)逐漸成為便攜式電子設(shè)備的主流電源，并被認(rèn)為是可以應(yīng)用于電動(dòng)汽車、混合電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)裝置中最有前景的電源。此外，鋰離子電池可以儲(chǔ)存與轉(zhuǎn)換太陽能、風(fēng)能等綠色能源，以緩解上述綠色能源的間斷性與不穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)能量的供需平衡。目前，諸多領(lǐng)域?qū)τ阡囯x子電池的需求量日益增大，傳統(tǒng)電極材料的容量以及快速充放電能力已經(jīng)達(dá)到瓶頸。研發(fā)高倍率性能的電極材料以滿足有效且快速的能量存儲(chǔ)與輸出迫在眉睫。

陳剛團(tuán)隊(duì)率先提出將二維納米流體（2D Nanofluidic）結(jié)構(gòu)引入氧化鈷負(fù)極材料來提高材料的倍率性能。該團(tuán)隊(duì)通過簡單的溶膠凝膠法制備了陰離子基團(tuán)表面修飾的納米片，這些修飾的基團(tuán)促使納米片組裝成能夠自支撐的層層堆疊結(jié)構(gòu)。納米片層的間距稍小于鋰離子德拜長度的二倍，可以為鋰離子的傳輸提供二維流體通道。通道內(nèi)壁的負(fù)電基團(tuán)會(huì)選擇性吸引鋰離子，排斥負(fù)電離子，加速鋰離子的傳輸。通過電化學(xué)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，流體通道納米片的離子電導(dǎo)率比塊體材料增大幾個(gè)數(shù)量級(jí)，電池的倍率性能得到大幅度地提高。該研究工作為有效提高電極材料倍率性能指明新方向，同時(shí)為構(gòu)建高功率、高穩(wěn)定性的鋰離子電池提供了新的探索思路。

研究工作得到了國家自然科學(xué)基金及德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校余桂華教授的合作支持。

陳剛教授研究團(tuán)隊(duì)致力于新型能量轉(zhuǎn)換功能材料的研究工作，2017年在《先進(jìn)材料》《先進(jìn)功能材料》《納米能源》等雜志發(fā)表高水平研究論文20余篇，其中ESI熱點(diǎn)論文1篇、高被引論文2篇。研究團(tuán)隊(duì)獲2017年度工信創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)獎(jiǎng)學(xué)金及哈工大“十佳研究生團(tuán)隊(duì)”。論文第一作者13級(jí)博士生閆春爽以第一作者身份發(fā)表SCI論文8篇，其中影響因子大于10的4篇，總影響因子累計(jì)大于70，獲寶鋼優(yōu)秀學(xué)生獎(jiǎng)、春暉創(chuàng)新成果獎(jiǎng)、研究生國家獎(jiǎng)學(xué)金并被評(píng)為哈工大研究生十佳英才。