高比能二次電池電極材料研究獲新進(jìn)展

　　近日，2019年吉林省科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)揭曉。由中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)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(jì)、合成及性能研究”成果榮獲2019年吉林省自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

　　二次電池作為一類重要的能量儲(chǔ)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(diǎn)，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于手機(jī)、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(chǔ)能等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，對(duì)其性能提出了越來越高的要求，而設(shè)計(jì)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(yīng)化所科研人員聚焦二次電池電極材料的理性設(shè)計(jì)原則、可控合成方法和性能提升策略等關(guān)鍵科學(xué)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?fù)诫s電極的設(shè)計(jì)、合成及電化學(xué)性能探索，解決了碳負(fù)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(fù)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(chǔ)能領(lǐng)域一體化電極的設(shè)計(jì)提供了經(jīng)驗(yàn)；開展了綠色可再生有機(jī)電極材料設(shè)計(jì)、合成與儲(chǔ)能機(jī)理研究，為下一代可再生有機(jī)電池電極材料的設(shè)計(jì)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(duì)于開發(fā)設(shè)計(jì)下一代高性能二次電池電極材料及高性能儲(chǔ)能器件具有重要意義，為綠色有機(jī)電極材料的開發(fā)貢獻(xiàn)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(xué)性能（e）;異質(zhì)元素?fù)诫s碳多孔電極的儲(chǔ)鋰機(jī)制（f）和電化學(xué)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(kuò)散機(jī)制（a）與電化學(xué)性能（b）；CoO/石墨烯復(fù)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(jī)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(chǔ)鋰的理論計(jì)算