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浙工大一项研究有望让电动“马儿”既跑得远又少“吃草” 

发布时间:2017-11-30 阅读数:1551


电动汽车已经走进了我们的生活,在杭州市,无论乘坐公交车还是打的,都会遇上电动汽车,为了避免限行,越来越多的市民正考虑购买电动汽车,但电动汽车能否跑得更远并且成本更低,正是很多人纠结的问题。

浙江工业大学陶新永教授和他的团队多年来在浙江省自然科学基金的资助下,研发兼具高安全、高能量、高功率、长寿命、高性价比的锂离子电池电极材料,让电动“马儿”既跑得远又少“吃草”成为可能,不久前该团队的一项省基金项目“碳基复合材料可控构筑及高效储能微观机制研究”通过了结题验收。

“电动汽车内的电池在绝对安全的前提下,不仅需要更长续航时间,并且需要更小体积、更轻重量和更低成本。”

记者近日走访陶新永教授了解到,近几年来以锡(992 mAh/g)、过渡金属氧化物为代表的高容量负极以及硫(1675 mAh/g)为代表的高容量正极材料体系受到了极大的关注,但上述几类负极材料存在电极材料的开裂粉化,活性物质易丧失电接触问题,而硫正极则存在电子和离子绝缘性、体积效应、穿梭效应等问题,限制了它们进一步开发利用。实验研究结果证实与功能性炭素材料进行复合是提高电极材料循环稳定性的有效途径之一,但如何实现功能性碳基复合材料的可控制备以及揭示其相应微观储能机制是巨大的挑战。

研发人员利用炭素材料的特殊结构、高导电性等特点,通过原位、非原位的方法实现了碳与活性电极材料(硫、锡、过渡金属氧化物等)的均匀复合,对复合电极材料进行结构调控和优化,建立了一套完善的碳基复合材料可控制备工艺,系统研究碳材料微结构、尺寸以及表面特性对复合电极储锂性能的影响,阐明电化学过程中电子、离子在复合电极中的传递和储存规律,建立和完善了储锂微观机制。

该研究结果为设计高性能碳复合电极材料、发展高效储能器件提供了重要的实验基础及理论依据。相关成果共发表SCI 收录论文26 篇,包括Nature Communications (1篇)(IF=11.329) 、Nano Letters (2 篇)(IF=13.779)、ACS Nano (3篇)(IF=13.334)、Journal of Materials Chemistry A (5 篇)(IF=8.262)、ACS Applied Materials Interfaces 等知名期刊(ESI 高被引论文2 篇),论文引用达478 次,共申请国家发明专利12 项。

项目负责人应邀分别在第一届中国(国际)能源材料化学研讨会,中澳绿色环境能源材料国际研讨会,第二届纳米能源国际会议,第四届纳米材料国际研讨会,第十二届IUPAC NMS-XII 会议(2016.10.16) 等,并针对生物碳材料的可控制备的相关研究工作做了题为“Controllable synthesis of morph-genetic carbon materials for high performance energy storage”的邀请报告,得到了国际同行的好评。


陶新永教授认为,开发高性能锂电池,使其具有更高比能量、更高转换率、更长寿命和无污染,意义重大,前景广阔。浙江省应该抢占发展先机,成为重要的锂离子电池电极材料、电解液的生产基地,支持高等院校和科研院所联合天能电池、超威电池、吉能电池、微宏动力等公司,在国内锂离子电池产业中占据重要地位。

他希望未来浙江省可以加大对锂电池相关科研及产业的扶持,设立锂电池科研专项基金。一方面投入到扶持企业的研发中,解决目前产业化的锂电池电极材料比如磷酸铁锂、镍钴锰、富锂锰等存在的容量低,循环稳定性差的问题。不仅如此,常规的电解液在高压时还很容易发生分解,专项基金可用于支持企业研发高电压/高容量正极材料、高容量负极材料、高压电解液等,以满足目前的产业化需求。

另一方面投入到高校锂离子电池的基础研究中,包括锂硫电池、锂空电池、钠硫电池、全固态电池等。这类电池可以提高电池的能量密度和安全性、节约资源、保护环境。不久前国家科技部高技术研究发展中心副主任卞曙光认为到2030 年,新体系锂硫电池、全固态电池将实现产业化,电池的能量密度达到400 Wh/Kg 以上,电池可在60 ºC 下工作,循环寿命达到1000 次,制造水平将与国际接轨。可见新体系电池的相关基础研究意义重大。因此建议浙江省适当加大对锂离子电池基础研究和相关产业的扶持,并且希望有关部门牵头使企业和高校进行紧密产学研合作,让科研成果尽快得到实际应用,发挥社会经济效益。


(转载自《科技金融时报》“我与科学基金”专栏,记者 金乐平;通讯员 闻正顺)


 

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