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電極材料研究領(lǐng)軍人物!南開大學(xué)陳軍院士團(tuán)隊2022年成果精選!

人物簡介
電極材料研究領(lǐng)軍人物!南開大學(xué)陳軍院士團(tuán)隊2022年成果精選!
陳軍,無機(jī)化學(xué)家、中國科學(xué)院院士、南開大學(xué)教授。1989 年和 1992 年畢業(yè)于南開大學(xué)化學(xué)系,先后獲學(xué)士、碩士學(xué)位,并于 1992 年留校工作。1996 年 至 1999 年在澳大利亞伍倫貢大學(xué)材料系學(xué)習(xí),獲博士學(xué)位。1999 年至 2002 年 在日本大阪工業(yè)技術(shù)研究所任新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)(NEDO)研究員。自 2002 年任南開大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師。2017 年當(dāng)選中國科學(xué)院院士,2020年當(dāng)選為發(fā)展中國家科學(xué)院院士。2017 年至 2019 年任南開大學(xué)化學(xué)學(xué)院院長?,F(xiàn)任南開大學(xué)副校長、先進(jìn)能源材料化學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任。??
陳院士團(tuán)隊主要從事無機(jī)固體化學(xué)與新型儲能材料的研究,在無機(jī)固體功能材料的合成化學(xué),固體電極制備以及新型電池電極材料開發(fā)研究方面做出了重要創(chuàng)新性貢獻(xiàn)。團(tuán)隊提出了“室溫 – 氧化還原 – 轉(zhuǎn)晶”新合成方法,室溫合成出穩(wěn)定的導(dǎo)電納米尖晶石,替代了貴金屬鉑電極,應(yīng)用于可充電金屬鋰、鋅空氣電池。團(tuán)隊提出電極微納化可改善多電子電極反應(yīng)活性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的設(shè)想,經(jīng)大量實(shí)驗(yàn)制備了氫、鋰、鈉、鎂、鋅電池的微納多級結(jié)構(gòu)電極,提高了電池的安全性,為降低電池電極材料成本及解決電池燃燒爆炸提供了新思路。團(tuán)隊還設(shè)計開發(fā)了高能固態(tài)鋰/鈉二氧化碳電池,為緩解溫室效應(yīng)提供新途徑,通過電解液結(jié)構(gòu)調(diào)控實(shí)現(xiàn)了超寬溫度范圍的可充鋅離子電池。(以上信息均來自于官網(wǎng)介紹
個人主頁:https://chem.nankai.edu.cn/2019/0524/c24064a358264/page.htm
2022年,陳軍院士團(tuán)隊在Nature等國際頂級期刊上面發(fā)表多篇高水平文章,下面小編為大家展示分享一下!
1
Nature: 量子點(diǎn)固體在襯底上的直接合成
鈣鈦礦材料具有出色的光學(xué)及電學(xué)性質(zhì),在電致發(fā)光領(lǐng)域引起廣泛研究并取得了巨大進(jìn)展。然而,藍(lán)光發(fā)射鈣鈦礦發(fā)光二極管的外量子效率仍然較低,極大地阻礙了鈣鈦礦材料在全色域顯示領(lǐng)域的商業(yè)進(jìn)程。目前,具有強(qiáng)量子限域的CsPbBr3鈣鈦礦量子點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定藍(lán)光發(fā)射鈣鈦礦發(fā)光二極管最有希望的候選材料。但是,基于傳統(tǒng)方法合成超小尺寸CsPbBr3鈣鈦礦量子點(diǎn)單分散溶液具有極大挑戰(zhàn);同時,所得到的超小尺寸鈣鈦礦量子點(diǎn)表面配體在后處理過程中極易脫落,導(dǎo)致量子點(diǎn)溶液難以轉(zhuǎn)化為高質(zhì)量鈣鈦礦量子點(diǎn)固體薄膜,致使構(gòu)筑高效藍(lán)光發(fā)射鈣鈦礦發(fā)光二極管仍面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。
南開大學(xué)陳軍院士袁明鑒研究員帶領(lǐng)的團(tuán)隊與多倫多大學(xué)Edward H. Sargent教授團(tuán)隊合作研究,針對高性能導(dǎo)電半導(dǎo)體量子點(diǎn)固體薄膜難于制備的挑戰(zhàn),通過對有機(jī)配體進(jìn)行結(jié)構(gòu)篩選及設(shè)計,提出了在基底表面上原位合成兼具高光學(xué)、電學(xué)性質(zhì)的超小尺寸藍(lán)光發(fā)射鈣鈦礦量子點(diǎn)固體薄膜全新策略,實(shí)現(xiàn)了外量子效率高達(dá)17.9%的純藍(lán)光發(fā)射鈣鈦礦發(fā)光二極管,并證明了該策略普適于多種基底及多類型鈣鈦礦材料。
電極材料研究領(lǐng)軍人物!南開大學(xué)陳軍院士團(tuán)隊2022年成果精選!
Synthesis-on-substrate of quantum dot solids,?2022,?Nature. https://doi.org/10.1038/s41586-022-05486-3
2
Adv. Mater.: 梯度親鈉3D-MXene/CNTs結(jié)構(gòu)提升鈉負(fù)極大電流密度承受能力
鈉金屬電池因鈉資源儲量豐富、分布均勻及理論比容量高(1160 mAh·g-1)等優(yōu)勢,而被廣泛關(guān)注。然而,鈉金屬基電池中的枝晶生長與負(fù)極體積膨脹的難題,嚴(yán)重的阻礙著其進(jìn)一步實(shí)際應(yīng)用。
南開大學(xué)陳軍教授嚴(yán)振華副研究員課題組等人利用羥基纖維化MXene(h-Ti3C2)的高親鈉特性,構(gòu)筑了一種具有梯度結(jié)構(gòu)的h-Ti3C2/CNTs基三維骨架(h-M-SSG),由上至下h-Ti3C2含量依次遞增。研究表明,h-M-SSG的親鈉結(jié)構(gòu)可以有效誘導(dǎo)鈉離子自下而上均勻沉積,抑制鈉枝晶的生成。在1 mA·cm-2~ 40 mA·cm-2電流密度和1 mAh·cm-2?~ 40 mAh·cm-2沉積容量下,h-M-SSG/Na基對稱電池均顯示出較低的極化電壓與優(yōu)良的循環(huán)穩(wěn)定性。將h-M-SSG/Na負(fù)極應(yīng)用于Na-O2電池體系在1000 mA·g-1電流密度和1000 mAh·g-1截止容量的條件下,相比Na、CNTs/Na、h-Ti3C2/CNTs/Na三種負(fù)極,循環(huán)壽命分別提升至9倍、3倍和2倍,充放電電壓差維持在0.137 V,容量無明顯衰減且倍率性能優(yōu)異。該工作表明梯度三維骨架載體是提升高載鈉容量以及大電流下電池循環(huán)穩(wěn)定性的有效手段。
電極材料研究領(lǐng)軍人物!南開大學(xué)陳軍院士團(tuán)隊2022年成果精選!
MXene–Based Metal Anode with Stepped Sodiophilic Gradient Structure Enables a Large Current Density for Rechargeable Na–O2?Batteries,?Advanced Materials,?https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202106565
3
Adv. Mater.: 通過最密堆積結(jié)晶學(xué)實(shí)現(xiàn)高可逆金屬負(fù)極
風(fēng)能和太陽能等可持續(xù)性和間歇性能源每年產(chǎn)生的電力不斷增長,這就需要成本有效且可靠的電化學(xué)儲能?;诙鄡r金屬負(fù)極如鋅、鋁和鐵的可充電電池,由于可大規(guī)模生產(chǎn)和可負(fù)擔(dān)的成本的優(yōu)勢,已經(jīng)成為有前途的候選物。然而,由無序金屬結(jié)晶引起的在規(guī)則基底上不可控的樹枝狀金屬沉積通常導(dǎo)致電池過早失效,甚至當(dāng)樹枝狀金屬橋接電極時導(dǎo)致安全問題。
南開大學(xué)陳軍院士課題組等人報道了一系列具有多種晶體結(jié)構(gòu)(hcp,fcc,bcc)的金屬負(fù)極(Zn,Co,Al,Ni,F(xiàn)e)可以在單晶Cu(111)襯底上實(shí)現(xiàn)無枝晶和外延沉積,這是由最密堆積結(jié)晶學(xué)實(shí)現(xiàn)的。最密堆積面與基底水平對齊,從而形成緊湊的平面結(jié)構(gòu)和出色的化學(xué)穩(wěn)定性,即使在前所未有的1 A cm?2電流密度下也是如此。在2.3的實(shí)際負(fù)極與正極容量比下的全電池顯示出超過800次循環(huán)的循環(huán)壽命,庫侖效率>99.9%。這項工作中調(diào)節(jié)金屬電沉積的通用方法有望推動新興可持續(xù)能量存儲/轉(zhuǎn)換裝置的發(fā)展。
電極材料研究領(lǐng)軍人物!南開大學(xué)陳軍院士團(tuán)隊2022年成果精選!
Metal Anodes with Ultrahigh Reversibility Enabled by the Closest Packing Crystallography for Sustainable Batteries. Adv. Mater.. Accepted Author Manuscript 2209985. https://doi.org/10.1002/adma.202209985
4
JACS: 用于堿酸混合電池的醌電極
水系電池是大規(guī)模儲能有前途的候選電池,但面臨有限的能量密度(鉛酸電池)、成本/資源問題(鎳氫電池),或由于高電流密度下金屬枝晶生長的安全問題(鋅電池)。
南開大學(xué)陳軍院士趙慶特聘研究員等人通過設(shè)計電化學(xué)氧化還原電對,醌作為本征無枝晶且可持續(xù)的負(fù)極材料耦合Mn2+/MnO2氧化還原反應(yīng),能夠提供374 Wh kg-1的理論能量密度。由于在電解液中K+的快速擴(kuò)散、界面處的低K+去溶劑化能以及快速的苯醌/苯酚反應(yīng),優(yōu)化的聚(1,4-蒽醌)(P14AQ)在KOH電解液中分別以300 C倍率和240 mA cm-2的電流能夠展現(xiàn)出295 mAh g-1和 225 mAh g-1的比容量。同時,進(jìn)一步構(gòu)建的實(shí)用化的水系電池在具有特殊電化學(xué)動力學(xué)的堿-酸混合電解液系統(tǒng)中表現(xiàn)出2V的輸出電壓,能夠在不到40秒(25000 mA g-1)內(nèi)釋放/存儲超過95%的理論容量。此外,在電極集流體上進(jìn)行界面化學(xué)升級的Ah級水系電池的整體能量密度為92 Wh kg-1,超過了目前商業(yè)化的水系鉛酸和鎳氫電池,混合P14AQ//MnO2電池顯示出比目前使用的水系電池系統(tǒng)高得多的能量密度。這項開創(chuàng)性的工作為傳統(tǒng)電池的升級提供了更多的可行性。例如,30 mAh 堿酸混合P14AQ//PbO2電池顯示出2.25 V的高放電電壓。作為可持續(xù)的有機(jī)電極材料,醌可以在構(gòu)建綠色、經(jīng)濟(jì)高效和安全的能量轉(zhuǎn)換/存儲系統(tǒng)中發(fā)揮關(guān)鍵作用。預(yù)計這項工作將激發(fā)人們對設(shè)計來自多個領(lǐng)域的高能水系電池的興趣。通過制造先進(jìn)的AEM/CEM/雙極膜、優(yōu)化電解液和設(shè)計新電極,堿酸混合電池的電化學(xué)行為將得到進(jìn)一步改善。
電極材料研究領(lǐng)軍人物!南開大學(xué)陳軍院士團(tuán)隊2022年成果精選!
Quinone Electrodes for Alkali-Acid Hybrid Batteries, JACS, https://doi.org/10.1021/jacs.2c00296
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JACS: 鹵素調(diào)控溶劑化結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)水系鋅電池的長循環(huán)穩(wěn)定性
由于資源豐富、成本低、安全性高,可充電的鋅金屬水電池非常有潛力用于間歇性可再生能源大規(guī)模電化學(xué)儲能。鋅負(fù)極具有低氧化還原電位(-0.76 V vs. 標(biāo)準(zhǔn)氫電極)和高理論容量(820 mA h g-1)的優(yōu)點(diǎn),但它仍然受到水電解質(zhì)中界面問題的影響。氫析出反應(yīng)(HER)和枝晶生長會導(dǎo)致鋅負(fù)極的損失、低庫侖效率(CE)、短路,甚至電池失效。
南開大學(xué)陳軍院士團(tuán)隊提出了一種由醋酸鋅(ZnAc2)和鹵化銨添加劑組成的鹵素離子參與溶劑化結(jié)構(gòu)的電解質(zhì),用于解決Zn負(fù)極問題。其中,帶負(fù)電荷的鹵素離子可以將電子轉(zhuǎn)移到原有的Zn2+?溶劑化結(jié)構(gòu)中,將傳統(tǒng)的Zn(H2O)62+?轉(zhuǎn)化為ZnI(H2O)5+,這樣可以減少溶劑化結(jié)構(gòu)中水分子的電子損失,從而通過抑制最低未占分子軌道(LUMO)的降低,提高還原穩(wěn)定性。此外,添加劑打破了氫鍵(H-bond)網(wǎng)絡(luò),減少了水與水的相互作用。由此產(chǎn)生的非配位的NH4+離子形成動態(tài)靜電屏蔽層抑制了Zn的枝晶的生長。在鍍鋅/脫鋅過程中,鹵化電解質(zhì)的初始庫侖效率(CE)高達(dá)99.3%,而在均勻沉積鋅的情況下,其平均庫侖效率保持在~99.8%。作為概念驗(yàn)證,作者將該富I的電解質(zhì)用來構(gòu)建Zn-I電池,以游離的I作為正極,以電聚合的碳?xì)稚?聚苯胺(CF-PANI)作為導(dǎo)電和吸附層。這樣的鋅-碘電池可以運(yùn)行300個周期而不會出現(xiàn)容量和庫侖效率的衰減。
電極材料研究領(lǐng)軍人物!南開大學(xué)陳軍院士團(tuán)隊2022年成果精選!
Halogenated Zn2+ Solvation Structure for Reversible Zn Metal Batteries, JACS,?https://doi.org/10.1021/jacs.2c06927
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Angew:可快速存儲質(zhì)子的水系醌基負(fù)極
醌化合物是一種可儲存質(zhì)子的新型水系電極。然而,質(zhì)子在醌類化合物中的存儲機(jī)制尚不清楚,醌基質(zhì)子電池的能量/功率密度仍然有限。
南開大學(xué)陳軍院士團(tuán)隊設(shè)計了一系列醌負(fù)極并研究了它們在酸性電解質(zhì)中的電化學(xué)性能,其中四甲基醌 (TMBQ) 具有 300 mAh?g?1?的高容量,在 1 C 時具有 20 mV 的極低極化,并在16秒內(nèi)保持 50% 以上的理論容量。TMBQ 的快速動力學(xué)歸因于連續(xù)的 H+?遷移通道、高?H+?擴(kuò)散系數(shù) (10?6?cm?2?s?1) 和低?H+?遷移能壘 (0.26 eV)。當(dāng)與 MnO2?正極耦合時,電池顯示出 4000 次循環(huán)的長壽命,在 5 C 時容量保持率為 77%。這項研究揭示了醌電極中的質(zhì)子傳輸,并為設(shè)計先進(jìn)的水系質(zhì)子電池提供了新的見解。
電極材料研究領(lǐng)軍人物!南開大學(xué)陳軍院士團(tuán)隊2022年成果精選!
Designing Quinone-Based Anodes with Rapid Kinetics for Rechargeable Proton Batteries,?Angew. Chem. Int. Ed. https://doi.org/10.1002/anie.202209642
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Angew:通過尖晶石涂層調(diào)節(jié)相間化學(xué)以穩(wěn)定高壓LiCoO2正極材料
鈷酸鋰在當(dāng)今的便攜式電子產(chǎn)品上依然有廣泛的應(yīng)用,因?yàn)樗难h(huán)壽命高,振實(shí)密度大,體積能量密度高,產(chǎn)品性能穩(wěn)定,一致性好。鈷酸鋰的理論容量為274 mAh/g,但是完全去鋰化需要5 V vs Li的電壓,這么高的電壓會導(dǎo)致電解液嚴(yán)重的分解、電極表面結(jié)構(gòu)和電極材料本身的不穩(wěn)定。正極/電解質(zhì)界面相(CEI)對電池高壓正極的循環(huán)穩(wěn)定性至關(guān)重要,但其形成機(jī)理和性能仍不明確。
南開大學(xué)陳軍院士團(tuán)隊報告了CEI的組成在很大程度上受內(nèi)亥姆霍茲層(IHL)中豐富的物種控制,并可從材料方面進(jìn)行調(diào)節(jié)。層狀LCO正極IHL中豐富的物種在充電后從特定的陰離子(比如PF6)吸附轉(zhuǎn)移到溶劑分子(比如EC)。反復(fù)充放電會不斷改變IHL中EC/ PF6的比值,導(dǎo)致CEI組分在循環(huán)過程中發(fā)生動態(tài)演化?;谶@一發(fā)現(xiàn),作者從材料方面構(gòu)建了一個穩(wěn)定的陰離子為主的IHL,并使用鈍化尖晶石Li4Mn5O12(LMO)涂層。由于尖晶石LMO與PF6之間的強(qiáng)相互作用,會產(chǎn)生PF6占主要成分的IHL。因此,合成的LMO-LCO具有陰離子衍生的和富含無機(jī)LiF的CEI,在加熱至500°C時表現(xiàn)出機(jī)械穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,而未改性LCO中產(chǎn)生大的膨脹和裂紋/空洞。界面的改善使LMO-LCO電極性能優(yōu)越,在0.05 C下具有194 mAh/g的容量,在0.5 C下進(jìn)行300次循環(huán)后容量保持率為83%。豐富的IHL種類可以通過正極的表面反應(yīng)性或電解質(zhì)的配方(如溶劑、鋰鹽、添加劑和它們的比例)進(jìn)一步調(diào)節(jié),這為構(gòu)建穩(wěn)定的CEI打開了巨大的機(jī)會。本文的研究結(jié)果揭示了CEI形成/演變的機(jī)理,并為高壓LCO和其他高能正極材料的設(shè)計提供了思路。
電極材料研究領(lǐng)軍人物!南開大學(xué)陳軍院士團(tuán)隊2022年成果精選!
Tuning Interphase Chemistry to Stabilize High-Voltage LiCoO2?Cathode Material via Spinel Coating. Angew,?https://doi.org/10.1002/anie.202207000
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National?Science Review: N,N-二甲基甲酰胺調(diào)整溶劑效應(yīng)以提高水電解質(zhì)中鋅負(fù)極的可逆性
為滿足快速發(fā)展的消費(fèi)電子器件、電動汽車和大規(guī)模儲能的應(yīng)用需求,迫切需要開發(fā)具有高容量、環(huán)境友好和性價比的新型電池。在所有可以用的儲能器件中,理論容量(820 mAh·g-1)高、安全性高、成本低的可充電水系鋅電池(RZBs)被認(rèn)為是很有前景的儲能候選材料。然而,在普通水電解質(zhì)中的析氫反應(yīng)(HER)和枝晶鋅的生長嚴(yán)重限制了鋅電池的應(yīng)用。
為了解決上述挑戰(zhàn),南開大學(xué)陳軍教授嚴(yán)振華副研究員課題組開發(fā)了一種簡單的策略來抑制副反應(yīng)并提高鋅電極的可逆性。具體來說,本工作通過在2 MZn(CF3SO3)2-H2O電解液(ZHD30)中引入30%(體積分?jǐn)?shù))N,N-二甲基甲酰胺(DMF),DMF與H2O之間的優(yōu)先氫鍵作用有效地降低了電解液的水活性,阻礙了電解液的去質(zhì)子化。ZHD30電解液使鍍鋅/脫鋅效率由95.3%提高到99.4%,循環(huán)次數(shù)由65次提高到300次。采用ZHD30電解液的Zn-聚苯胺全電池在-40 ~ +25℃范圍內(nèi)工作,在25℃、-20℃和-40℃下的放電容量分別為161.6、127.4和65.8 mAh·g-1。這項工作為調(diào)節(jié)溶劑效應(yīng)在設(shè)計低成本和有效的水系電解質(zhì)中的作用提供了見解。
電極材料研究領(lǐng)軍人物!南開大學(xué)陳軍院士團(tuán)隊2022年成果精選!
N, N–dimethylformamide tailors solvent effect to boost Zn anode reversibility in aqueous electrolyte,?https://doi.org/10.1038/s41467-022-28740-8
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ACS Catalysis: 原子級調(diào)控Co基配位聚合物中的電子分布及氧還原機(jī)理
氧還原反應(yīng)(ORR)是燃料電池技術(shù)的重要反應(yīng)過程,涉及多步電子轉(zhuǎn)移,存在反應(yīng)動力學(xué)緩慢、過電勢高等問題,因此需要開發(fā)具備高活性和高穩(wěn)定性的催化劑提升ORR的動力學(xué)。過渡金屬配位聚合物因其催化活性位點(diǎn)明確、結(jié)構(gòu)可設(shè)計性強(qiáng)和合成原料來源豐富等優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛關(guān)注,但是針對過渡金屬配位聚合物ORR催化劑的構(gòu)效關(guān)系缺乏系統(tǒng)和深入的研究,限制了此類催化劑的進(jìn)一步發(fā)展。在眾多的過渡金屬配位聚合物中,具有d-π共軛作用的配位聚合物相較于傳統(tǒng)過渡金屬配位聚合物,表現(xiàn)出更高的導(dǎo)電性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。此外,d-π共軛作用可增強(qiáng)配體與金屬位點(diǎn)之間的相互作用。因此,研究d-π共軛金屬配位聚合物的結(jié)構(gòu)對金屬位點(diǎn)催化活性的影響規(guī)律,對指導(dǎo)和設(shè)計具有高活性的配位聚合物催化劑有著重要意義。
南開大學(xué)陳軍院士嚴(yán)振華副研究員課題組以鈷配位聚合物為研究對象,理論結(jié)合實(shí)驗(yàn)研究了鈷配位原子調(diào)控和電子重新分布對電催化氧還原反應(yīng)性能的影響,發(fā)現(xiàn)鈷中心電荷密度的提升以及反應(yīng)中間體與配位原子的氫鍵作用共同提升了Co-N2S2的ORR活性,與Pt/C催化劑相當(dāng)。該研究成果為指導(dǎo)氧還原催化劑的合理設(shè)計提供了新的思路。
電極材料研究領(lǐng)軍人物!南開大學(xué)陳軍院士團(tuán)隊2022年成果精選!
Atomic-Level Modulation Induced Electron Redistribution in Co Coordination Polymers Elucidates the Oxygen Reduction Mechanism. ACS Catalysis 2022, 12, 7531?7540,?https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.2c01075
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Energy & Environmental Science: 寬溫可充電鋰電池的挑戰(zhàn)和進(jìn)展
可充鋰電池在現(xiàn)代社會中發(fā)揮著重要作用,不僅被廣泛用作3C電子產(chǎn)品的電源,還成為了新能源汽車的核心動力,在電化學(xué)規(guī)模儲能領(lǐng)域也展現(xiàn)了快速發(fā)展的態(tài)勢。然而,大多數(shù)可充鋰電池的性能受環(huán)境溫度影響較大。當(dāng)溫度低于0 ℃或高于40 ℃時,電池性能會快速衰減,甚至發(fā)生安全事故,嚴(yán)重限制了鋰電池在高寒/高溫地區(qū)的應(yīng)用。因此,深入理解溫度對鋰電池各組份的影響十分必要。
南開大學(xué)陳軍院士張凱研究員等全面討論了鋰電池在極端溫度下的失效機(jī)理和主要挑戰(zhàn),分別對低溫區(qū)、高溫區(qū)以及全天候鋰電池的最新研究進(jìn)展進(jìn)行梳理,詳細(xì)總結(jié)了電解液和電極材料的基本工作機(jī)制和改性策略。同時,提出了對核心材料和電池系統(tǒng)的獨(dú)到見解,為開發(fā)寬溫域鋰電池提供了科學(xué)指導(dǎo)。
電極材料研究領(lǐng)軍人物!南開大學(xué)陳軍院士團(tuán)隊2022年成果精選!
Challenges and Advances for Wide-Temperature Rechargeable Lithium Batteries. Energy & Environmental Science. 2022, https://doi.org/10.1039/D1EE03292E
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Chem: 用于電催化應(yīng)用的二維共軛金屬有機(jī)聚合物的合理設(shè)計和合成
電催化能量轉(zhuǎn)換技術(shù)被廣泛認(rèn)為是減少碳排放、實(shí)現(xiàn)碳中和的重要途徑。電催化劑對于降低反應(yīng)動力學(xué)障礙和提高催化反應(yīng)效率至關(guān)重要。二維?(2D)?共軛金屬有機(jī)聚合物?(c-MOPs)?是一種新興的二維材料家族,由于其多功能的結(jié)構(gòu)、大的表面積、可定制的孔徑和高電導(dǎo)率,是極具潛力的電催化劑。目前的主要挑戰(zhàn)是需要合理的設(shè)計和合成該類材料的方法,以及深入了解其構(gòu)效關(guān)系。此外,c-MOPs在電催化中的作用機(jī)制尚未得到充分理解和系統(tǒng)總結(jié)。
南開大學(xué)陳軍院士嚴(yán)振華副研究員等人從導(dǎo)電機(jī)制、晶體結(jié)構(gòu)、合成方法以及在電化學(xué)催化(ORR、OER、HER、NRR 和 CO2RR)中的應(yīng)用等方面總結(jié)了 2D c-MOP 研究的最新關(guān)鍵進(jìn)展。通過控制四個主要特征(組分、結(jié)晶度、形態(tài)和導(dǎo)電結(jié)構(gòu))可以提高 2D c-MOPs 的催化性能。本綜述提供了通過調(diào)節(jié)和優(yōu)化活性位點(diǎn)來制備二維導(dǎo)電 c-MOP 材料的見解,以實(shí)現(xiàn)高性能的電化學(xué)能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。
電極材料研究領(lǐng)軍人物!南開大學(xué)陳軍院士團(tuán)隊2022年成果精選!
Rational design and synthesis of two-dimensional conjugated metal-organic polymers for electrocatalysis applications, Chem, https://doi.org/10.1016/j.chempr.2022.03.027
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Angew: 用于鋰離子電池的新型鋰化有機(jī)正極材料
有機(jī)電極材料由于其高容量、豐富的資源和結(jié)構(gòu)可設(shè)計性而在鋰電池中顯示出應(yīng)用潛力。然而,大多數(shù)報道的有機(jī)正極處于氧化態(tài)(即未鋰化的化合物),因此需要與富鋰負(fù)極結(jié)合。相比之下,鋰化有機(jī)正極材料可以作為鋰的儲庫,并與石墨等無鋰陽極相匹配,顯示出在實(shí)際全電池應(yīng)用中的巨大前景。
南開大學(xué)陳軍院士課題組對鋰化有機(jī)正極材料進(jìn)行批判性總結(jié)。作者首先討論了合成鋰化有機(jī)正極材料的難點(diǎn)。其次,指出它們的化學(xué)穩(wěn)定性,特別是對O2和H2O的空氣穩(wěn)定性,以及相關(guān)的影響因素對于LIBs的產(chǎn)生是決定性的。?作者接著總結(jié)了半電池中改善鋰化有機(jī)正極材料電化學(xué)性能的策略。從實(shí)際應(yīng)用前景出發(fā),分析了鋰化有機(jī)正極材料在全電池中的應(yīng)用。最后,對于商業(yè)應(yīng)用,作者還提出了高性能鋰化有機(jī)正極材料的未來發(fā)展方向。
電極材料研究領(lǐng)軍人物!南開大學(xué)陳軍院士團(tuán)隊2022年成果精選!
Emerging Lithiated Organic Cathode Materials for Lithium-Ion Full Batteries, Angew. Chem. Int. Ed. 2022, e202216047. https://doi.org/10.1002/anie.202216047

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