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華南師范大學化學學院李偉善教授課題組，依托我校國家地方聯合工程研究中心，秉承緊扣產業(yè)發(fā)展需求開展基礎理論問題研究的理念，在過去的一年中，在新能源材料和儲能電池領域取得系列創(chuàng)新成果，構建了新體系、提出了新理論、發(fā)展了新方法。

團隊鐘耀棠等構建了一種高效低成本的制氫新體系，該體系由太陽能電池板發(fā)電、可充電鋅-空氣電池儲電和電解槽電解水制氫等三部分構成。制備出能同時適用于氫析出（HER）、氧析出（OER）與氧還原（ORR）反應的非貴金屬催化材料（Co-NC@CC）。實驗結果表明，所構建的電解水制氫系統可實現24 h無間斷高效穩(wěn)定制氫。在氙燈1500 W/m2光功率密度的照射下，其太陽能-氫轉化效率（STH，solar to H2）高達18.43%，接近低成本吸光材料驅動電解水產氫體系的最高紀錄（18.7%）。這種利用太陽能驅動的新型高效低成本電解水制氫系統實現了氫能生產清潔化，為制氫技術的可持續(xù)發(fā)展提供了可靠途徑。成果” Efficient water splitting system enabled by multifunctional platinum-free electrocatalysts”發(fā)表在Adv. Funct. Mater. 2021, 31, 2009853上。


團隊邢麗丹教授、劉明珠等提出了鋰離子電池中氫氟酸（HF）產生的新機理。在鋰離子電池的使用過程中，含有LiPF6的電解液會發(fā)生水解反應，產生HF。HF會進一步腐蝕電極/電解液界面膜，進而導致電池性能下降。然而，商用電解液的水解機理并不明確，導致抑制電解液水解的研究進展緩慢。該團隊利用分子動力學模擬，量子化學計算和實驗研究相結合，闡明了電解液的水解機制，并提出了抑制水解反應的解決方案。該成果“Hydrolysis of LiPF6?Containing Electrolyte at High Voltage” 發(fā)表在ACS Energy Lett. 2021, 6, 2096-2102上。


團隊陳敏、阮弟根等發(fā)展出提高鈷酸鋰電池能量密度的新方法。鋰離子電池的高電壓化是提升電池能量密度的有效途徑。但是高電壓條件下正極界面穩(wěn)定性下降，導致電池性能衰退加劇。該團隊提出一種具有噻吩、腈和羰基三個官能團的新型電解液成膜添加劑，5-乙酰噻吩-2-羰基（ATCN），用于原位構建高穩(wěn)定的正極界面膜，從而顯著提高LiCoO2正極在高壓下的循環(huán)穩(wěn)定性。該添加劑的應用將商品化的LiCoO2/石墨軟包電池（34 Ah）的循環(huán)次數從550次增加到800次。該成果“In situ Constructing a Stable Interface Film on High-Voltage LiCoO2 Cathode via a Novel Electrolyte Additive” 發(fā)表在Nano Energy. 2021, 90, 106535上。


邢麗丹教授、馬澤愷等發(fā)展出拓寬鋰離子電池電化學窗口的新方法。隨著鋰離子電池在電動汽車上的應用，其安全性能也越來越受到消費者的關注。高揮發(fā)性和低閃點的碳酸酯基電解液是導致鋰離子電池易燃的主要因素。采用水系電解液替代傳統易燃的非水碳酸酯基電解液，有望解決鋰離子電池安全性低的問題。但現階段水系鋰離子電池的實際應用仍存在一些技術瓶頸，包括水系電解液電化學穩(wěn)定窗口窄，低溫水溶劑結冰導致電池性能下降等。該團隊提出，通過在水系電解液中引入低粘度、低熔點和高還原穩(wěn)定性的共溶劑，調控本體電解液離子溶劑化層組分和電極/電解液界面層的離子溶劑化組分、結構出發(fā)，設計開發(fā)了一種適用于寬溫、高電壓、高安全水系鋰離子電池的高鹽濃度水/非水混合電解液。該成果“Expanding the Low-Temperature and High-Voltage Limits of Aqueous Lithium-ion Battery” 發(fā)表在Energy Storage Mater. 2022, 45, 903-910上。

原標題： 華南師大李偉善教授團隊在新能源與儲能電池領域取得系列創(chuàng)新成果