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清华大学深圳研究生院李宝华老师近年来代表性工作汇总

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图片来源丨读特

李宝华,清华大学深圳研究生院教授,博士生导师,能源与环境学部主任。主要研究方向为碳基电化学储能材料与器件及其系统集成与应用技术。迄今已发表论文240余篇,其中16篇ESI高被引用论文(TOP 1%),SCI引用7900次,H因子51。申请中国发明专利136项,已获授权73项;PCT专利12项,已获授权美国专利3项,日本专利1项。


李宝华教授在碳基电化学储能材料与器件和新能源汽车领域有近20年研究工作经验,实现了30项专利技术成果转移及应用,包括锌离子电池技术转让和产业化,汽车用动力型锂离子电池的开发和产业化,纳米结构磷酸铁锂材料的技术转让和产业化,高性能锂离子电池用石墨和石墨烯材料的应用等。

我们选择了2017年以来,李宝华教授课题组的部分代表性工作,其中包括钠硫电池、锂硫电池、锂金属电池、超级电容器、原位/准原位表征等方向,希望对大家有所启发。

清华大学深圳研究生院李宝华老师近年来代表性工作汇总
钠硫电池

Nature Communications: “鸡尾酒优化”电解质体系实现室温Na-S电池高放电容量和循环稳定性


李宝华教授、西班牙CIC Energinune研究所Michel Armand教授和悉尼科技大学汪国秀教授提出一种实现室温Na-S电池高放电容量和循环稳定性的“鸡尾酒优化”电解质体系。


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以PC和FEC为共溶剂,高浓度NaTFSI为钠盐,InI3为添加剂,并通过第一性原理计算和准原位拉曼表征等技术证明该电解质体系中各组分的作用。


FEC和高浓度钠盐大大降低了钠多硫化物的溶解度,并在钠负极上构建了坚固的固态电解质界面(SEI)膜,作为氧化还原介质的碘化铟不仅提升了正极上硫化钠的动力学转化,并且在负极 上形成保护性的铟钝化层。


得益于以上协同效应,室温钠硫电池表现出高容量(0.1 C, 1170 mAh g−1)和长循环稳定性。


文章信息:Aroom-temperature sodium-sulfur battery with high capacityand stable cyclingperformance. Nature Communications, 2018.DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-018-06443-3



Angewandte Chemie International Edition:高稳定性准固态钠硫电池


李宝华教授等将具有高电导率及星状网络结构的凝胶电解质(季戊四醇四丙烯酸酯单体与异氰脲酸三(2-丙烯酰氧乙基)酯单体溶于有机电解液。


在紫外照射引发下于玻璃纤维膜中原位制得)应用于钠硫电池中,实现了钠负极/电解质界面优化,抑制了钠枝晶的生长和多硫化物的穿梭,达成了高容量、高稳定性和高安全性在室温钠硫电池中的统一。


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这一凝胶准固态电解质体系实现了钠硫电池在室温下优异的循环稳定性和安全性,具有巨大的实际应用前景。


文章信息:A StableQuasi-Solid-State Sodium–Sulfur Battery. Angewandte Chemie International Edition, 2018, 130, 10325.DOI:10.1002/anie.201805008.



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锂硫电池

Energy & Environmental Science:超长寿命Li-S电池—孪生TiO2-TiN异质结构实现聚硫化物平滑地捕获-扩散-转化


李宝华教授、杨全红教授和吕伟副研究员(共同通讯作者)等人在Energy Environ. Sci.上发表文章,研究指出孪TiO2TiN异质结构结合了TiO2高吸附和TiN导电的优点,其中LiPS被TiO2捕获,然后通过光滑的TiO2/TiN界面平滑地扩散到TiN,促进LiPS成核并快速转化成不溶性产物,即使在高硫负载下也能极大地抑制LiPS穿梭。


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电池在0.3C的低电流密度下经过300次循环后仍保留927mAh g-1的容量。对于3.1和4.3mg cm-2的硫负载,在1C的低电流密度下循环超过2000次,容量保持率分别为73%和67%。因为制备工艺简单,所得电池具有优异的容量和循环性能,预期可以促进Li-S电池的实际应用。

 

文章信息:Twinborn TiO2-TiN heterostructures enabling smooth trapping-diffusion-conversion of polysulfidestowards ultralong lifelithium-sulfur batteries (Energy & Environmental Science, 2017, DOI:10.1039/C7EE01430A)


Nano Energy:石墨烯和碳化钛面内异质结构抑制聚硫化物穿梭


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李宝华教授、杨全红教授、吕伟副研究员等人研发了一种由石墨烯和碳化钛(TiC)在隔膜上构筑的面内异质结构隔离层。利用石墨烯作为模板和碳源,与TiCl4反应并进行热处理,所形成的石墨烯-TiC异质结构有利于降低锂离子和电子扩散势垒,此外TiC具有高导电性和强LiPSs吸附能力。以上异质结构作为隔膜的覆盖层能有效地抑制LiPSs的穿梭,从而提高了硫的利用率和锂硫电池的循环性能。


文章信息:An in-plane heterostructure ofgraphene and titanium carbidefor efficient polysulfide confinement(Nano Energy, 2017, DOI:10.1016/j.nanoen.2017.07.012)



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锂金属电池

Advanced Materials:3D网络凝胶聚合物电解液用于无枝晶锂电池


李宝华教授和杨全红教授(共同通讯作者),卢青文博士和贺艳兵副教授(共同第一作者)在国际上率先提出具有致密结构的凝胶共聚物电解质能够从分子尺度有效抑制锂枝晶生长。


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基于环氧基团的开环聚合机理,在无引发剂条件下利用双酚A 二缩水甘油醚、 聚乙二醇二缩水甘油醚和二氨基聚环氧丙烷的一步开环聚合反应,制备出具有三维交联致密网络结构、低可燃且高机械强度的凝胶共聚物电解质(3D-GPE)。3D-GPE能够有效抑制锂枝晶生长,用于Li/LiFePO4电池表现出优越的循环性能和倍率性能,成为下一代安全稳定的高性能锂电池的电解质候选。


文章信息:Dendrite-Free, High-Rate, Long-LifeLithium Metal Batteries with a 3D Cross-LinkedNetwork Polymer Electrolyte( Advanced Materials, 2017, DOI: 10.1002/adma.201604460)


Energy Storage Materials:双管齐下,氮氧杂原子共掺杂多孔碳颗粒助力无枝晶金属锂负极


李宝华教授(通讯作者)和清华大学研究生刘沅明(第一作者)在Energy Storage Materials期刊报道了利用氮氧共掺杂多孔碳颗粒(ONPCGs)抑制金属锂负极枝晶的研究工作。


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通过对聚丙烯腈粉体进行预氧化、碳化和活化处理获得高比表面积(2396m2g−1颗粒材料,涂覆在铜集流体表面后可作为骨架材料诱导金属锂均匀沉积在颗粒间隙中。


一方面亲锂性的含氧与含氮官能团可诱导锂的均匀形核,另一方面极高的比表面积可有效降低电极的局部电流密度,从而实现均匀、稳定的锂沉积。


在以上双重优势作用下,ONPCGs修饰后的电极在2 mA cm−2的电流密度下,锂沉积/脱出350次后仍能保持高于99%的库伦效率,甚至在30 mA cm−2的大电流密度下,仍能稳定循环超过110次。以该ONPCGs为骨架获得的金属锂负极匹配硫化聚丙烯腈正极,所得锂金属电池展现了优异的循环与倍率性能。


文章信息:Oxygen and nitrogen co-dopedporous carbon granules enabling dendrite-free lithium metal anode. (Energy Storage Materials, 2018, DOI:10.1016/j.ensm.2018.08.018)


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电化学超级电容器

Advanced Energy Materials高性能超电新材料:蒽醌-2-磺酸钠(AQS)/rGO复合电极


李宝华教授和悉尼科技大学汪国秀教授合作,首次将具有高氧化还原活性的AQS作为一种新型电极材料用于超级电容器,-SO3-基团功能化的AQS分子通过非共价π-π相互作用被成功固定在高导电性的rGO表面,AQS不仅与rGO片层具有良好的表面相容性,而且可以抑制其片层团聚。


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制备得到的AQS@rGO复合材料在1.0 A/g电流密度下具有567.1 F/g的超高比电容,在10 A/g电流密度下经过10000次循环后仍能保持89.1%的比电容。此外,基于AQS@rGO正极和rGO负极的非对称超级电容器可以提供29.2 Wh/kg和21600 W/kg的最大能量密度和功率密度,以及良好的循环稳定性。以上研究揭示了电化学活性有机分子与高导电性石墨烯的高效协同作用,为高性能超级电容器电极材料的发展开辟了新的有效途径。


文章信息:Redox-active Organic SodiumAnthraquinone-2-Sulfonate (AQS) Anchored on Reduced Graphene Oxide for HighPerformance Supercapacitors, Advanced Energy Materials, 2018, DOI: 10.1002/(aenm.201802088).


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其他精彩内容

Advanced Energy MaterialsCo-B纳米薄片作为多功能桥梁促进ZnCo2O4储锂性能


李宝华教授和悉尼科技大学汪国秀教授提出通过一种简便的原位溶液生长法,在室温条件下,将多功能Co-B纳米薄片引入ZnCo2O4微/纳米球中制备致密化材料电极。


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电化学测试表明,产生的ZCO/Co-B异质界面不仅改善了电极的机械性能,对电子导电性的提升也很明显,能够加速Li+扩散,并且赋予ZCO/Co-B电极材料优越的储锂性能。ZCO/Co-B电极可以提供高的重量/体积/面积比容量,分别高达995 mAh/g, 1450 mAh/cm和 5.10 mAh/cm2,同时,这一电极表现出了优异的倍率性能和长循环稳定性。


动力学分析证明,ZCO/Co-B负极的储锂行为主要由电容控制贡献,这有利于快速的电荷存储。


密度泛函理论(DFT)的计算进一步证明了ZCO/Co-B异质界面的引入可以降低锂离子扩散能垒,加速锂离子迁移动力学。这项工作中的界面设计为发展实际可行的致密转换型负极提供了新的机遇。


文章信息:Co–BNanoflakes as Multifunctional Bridges in ZnCo2OMicro-/Nanospheres for Superior Lithium Storage with Boosted Kinetics and Stability, Advanced Energy Materials, 2019, DOI: 10.1002/aenm.201803612.

 

李宝华教授简介

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李宝华,清华大学深圳研究生院教授,博士生导师,能源与环境学部主任。


现任国家工信部工业节能与绿色评价中心主任,炭功能材料国家地方联合工程实验室副主任,973项目专家组成员,广东省电动汽车标准化技术委副主任,广东省先进电池与材料工程技术研究中心主任,材料与器件检测中心(CNAS认可实验室,CSA授权)主任,中国材料与试验团体标准委员会电池及其相关材料领域委员会(CSTM/FC59)主任委员,Wiley出版集团Energy & Environmental Materials 期刊副主编。


在碳基电化学储能材料与器件和新能源汽车领域有近20年研究工作经验,主持包括国家重大科学研究计划(973)项目子课题、国家自然科学基金重点项目子课题、省重点研发计划、地市级专项以及企业合作等30余项科研项目。


2010年“汽车用动力型锂离子电池系统的开发和产业化”获广东省科学技术二等奖


2014年“石墨烯基碳纳米材料宏量制备、界面组装和应用”获天津市自然科学一等奖


2015年入选广东省“特支计划”科技创新领军人才


2016年获“清华大学年度教学优秀奖”


2017年“高性能锂离子电池用石墨和石墨烯材料”获国家技术发明二等奖(第三完成人)。


迄今已发表论文240余篇,其中16篇ESI高被引用论文(TOP 1%),SCI引用7900次,H因子51。申请中国发明专利136项,已获授权73项;PCT专利12项,已获授权美国专利3项,日本专利1项。


实现了30项专利技术成果转移及应用,包括锌离子电池技术转让和产业化,汽车用动力型锂离子电池的开发和产业化,纳米结构磷酸铁锂材料的技术转让和产业化,高性能锂离子电池用石墨和石墨烯材料的应用等。

根据Web of Science数据统计,截止发稿日,李宝华教授共合作发表SCI收录文章240多篇,其中领域中ESI高被引论文16篇,ESI热点论文2篇。论文总被引频次7900次,篇均引用31.67,H因子51。

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李宝华教授近10年历年发文数量(数据来源:Web of Science)


Web of Science 数据显示,2019年已发表工作为15篇,2018达到了40篇,而且质量颇高,其中有5篇入选ESI高被引和热点论文。


注:Web of Science数据一般相对期刊滞后7~50天,再加上一些优质新期刊暂未被Web of Science收录,因此以上数据较实际数据可能会有偏低。

供稿丨深圳市清新电源研究院

部门丨媒体信息中心科技情报部

撰稿人丨福鼎肉片

主编丨张哲旭


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