浙江大学涂江平教授课题组2021年最新科研进展一览


来源:中国粉体网   平安

[导读]  浙江大学涂江平教授课题组2021年最新科研进展一览(部分)

中国粉体网讯 

超快速合成高离子电导率的富碘锂硫银锗矿微晶玻璃电解质
    

浙江大学涂江平课题组利用高能机械合金球磨法一步合成了具有S2-/I-无序的富碘锂硫银锗矿微晶玻璃电解质材料,并且通过6Li魔角自旋核磁共振和从头算分子动力学模拟探究了晶格中锂离子的迁移机制。Li5.6PS4.6I1.4玻璃陶瓷电解质(LPSI1.4-gc)具有45%的S2-/I-无序度,较高的离子电导率(2.04mS cm-1)和对锂金属的良好稳定性。以LPSI1.4-gc为电解质的锂对称电池在0.2mA cm-2的电流密度下表现出超过3200h的超长循环稳定性。该文章发表在国际顶级期刊Advanced Materials上。刘逾为本文第一作者,通讯作者为王秀丽和涂江平教授。

铟助力多功能硫化物固态电解质

浙江大学涂江平教授团队采用新型的极限能量机械合金化(UEMA)方法,一步快速地合成了高离子电导率的硫银锗矿型固态电解质。此外,根据软硬酸碱理论和第一性原理密度泛函理论(DFT)计算,发现铟(In)掺杂可以有效提高Li6PS5I电解质的空气稳定性。通过极限能量机械合金化方法实验尝试在Li6PS5I电解质中加入铟(In)以增强硫化物固态电解质空气稳定性,实验结果表明该方法是可行的。作者发现UEMA新方法制备的Li6PS5I电解质的离子电导率(0.79 mS cm-1)远大于传统方法制备的Li6PS5I电解质的离子电导率(7.25´10-3 mS cm-1)。进一步通过XRD、Raman、NMR和TEM等表征手段,发现UEMA新方法制备的Li6PS5I电解质离子电导率的提高是由于UEMA方法能提供更高的能量,合成的Li6PS5I富含多面体缺陷和局部畸变,并且晶体颗粒小,S2−/I阴离子无序高,有助于Li+在笼间传输。



通过DFT计算得到的铟(In)掺杂Li6PS5I电解质的结构示意图
    

一步膨化碳化法制备用于高效能量储存的多用碳复合物

浙江大学涂江平团队开发了简洁高效的一步膨化碳化法,用于多用碳基复合物(如:碳/金属氧化物、碳/金属氮化物、碳/金属碳化物、碳/金属硫化物、碳/金属、金属/半导体、碳/碳)的大规模制备,所得碳基复合物具有以下优势:孔隙率高、层状多孔结构、电导率高、成分和比例可调。由麦芽糖碳化得到的交联多孔碳(CPC)几乎可以和所有的反应物或预成型前驱体复合,并转化为多用多尺度碳基复合物。新型CPC结构扩展了碳基复合物在能量储存转化和环保等领域的应用,如支撑体、催化剂、吸附剂、基质、活性物等。涂江平团队以SCPC/Li2S为代表,进一步证明了CPC基复合物在锂-硫电池以及其他领域的应用方面具有巨大价值。由于SCPC/Li2S复合物的结构稳定性增强、电导率高及对锂-硫聚合物的溶解有着良好抑制作用,当其作为试验锂-硫电池(LSBs)的正极进行测试时,表现出更小的极化作用、更高的倍率容量(2C,621mAh g-1)、更优的循环特性(2C,300次循环后,443mAh g-1)。该研究工作提供了新型高效的一步膨化碳化技术,可低成本大规模地制备成分可调的多功能碳基复合物以用于能量储存和转化。

通过氮掺杂实现原位形成富Li3N的金属锂-硫银锗矿固态电解质界面

浙江大学涂江平教授在国际知名期刊Journal of Materials Chemistry A上发表题为“In-situ formation of Li3N-rich interface between lithium and argyrodite solid electrolyte enabled by nitrogen doping”的研究论文。该文章开发了一种氮掺杂的硫银锗矿型(LPSNC)固态电解质材料,使其与金属锂界面原位形成富含氮化锂的界面层,为解决硫化物固态电解质与金属锂的相容性问题提供了一条新颖的思路。


富Li3N界面的硫化物基全固态锂金属电池


"高能条件”下碱金属电极的自修复特性

涂江平课题组在期刊Advanced Energy Materials上发表题为“Self-Healing Properties of Alkali Metals under“High-Energy Conditions”in Batteries”的研究文章。该文章通过理论分析预测了枝晶的自修复性能,并通过实验证明了钾具有更优的自修复特性和“高能量条件”下的枝晶自修复特性的提升。高温的强自修复与固态电解质搭配可以实现高性能电池。

石墨嵌层化合物助力高安全性钾金属电池

浙江大学涂江平课题组与朱丽萍课题组通过简单的高温搅拌的方法制备出钾的石墨插层化合物(K-GIC),并将其作为钾金属电池负极。K-GIC替代纯K作为钾电负极,能够精准控制含K量,其独特的层间脱嵌机制和降低的K亲和能,可以一定程度减少枝晶的形成,因而K-GIC电池展现出优异的循环稳定性。尤其重要的是,因K-GIC中的K被固定在石墨层间,暴露在空气和水中时K-GIC表现出良好的安全性和环境稳定性。该文章发表在期刊Energy Storage Materials上。博士研究生张家恒和李玉倩为本文共同第一作者。

涂江平教授简介



现任浙江大学金属材料研究所所长,浙江省电池新材料与应用技术研究重点实验室主任,国际电化学学会会刊Electrochimica Acta编委(Editor)。2002年获教育部优秀青年教师资助计划、2004年入选浙江省“新世纪151人才工程”第一层次,2006年入选重点资助人员。主要从事电池材料与二次电池技术、材料表面科学与工程等方面的研究。兼任第七-九届中国机械工程学会摩擦学分会理事、热处理分会理事,浙江省机械工程学会热处理分会理事长,International Society of Electrochemistry会员。负责完成或在研7项国家自然科学基金目、1项863计划纳米材料专项和1项国防先进材料专项、2项国家科技支撑计划、1项国家重大研发专项项目、6项国防科工委(局)军品配套、海军装备部和航天科技项目以及1项教育部国防支撑计划项目、2项高等学校博士点专项科研基金、浙江省自然科学基金和重点基金,浙江省、上海市科技计划重点项目和40余项企业委托科研项目,作为主要参加者完成了2项973项目。所研制的锂离子动力电池系统获得武器装备科研生产许可证,成功用于长征七号运载火箭系统。至2019年2月,已在国内外重要学术期刊上发表SCI收录论文523篇,其中ESI高被引论文近年来一直保持在25-45篇之间;SCI收录论文他引22600多次,h-index= 78(Web of Science核心合集);2015-2018连续4年入选科睿唯安(汤森路透)全球高被引科学家,2014-2018年入选Elsevier高被引学者;获得发明专利授权119件。作为第一完成人获得高等学校科学技术奖(自然科学)和浙江省科学技术二等奖4项。

资料来源:浙江大学、MaterialsViews、材料委天津院、科学材料站、能源学人等,以上仅为部分科研进展的工作简介。

(中国粉体网编辑整理/平安)

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作者:平安

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