南京大学张会刚

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张会刚教授2007年在UIUC材料科学与工程系从事博士后研究工作，科研内容主要集中在“热光伏”，“电催化”和“三维结构化电极在锂离子电池上的应用”方面。2012年获得商业投资成了基于本人专利技术的高科技创业公司(Xerion Advanced Battery Corp.)，并在公司担任Senior Scientist职位，研发拥有高能量密度和高功率密度锂离子充电电池。张会刚博士在Nature子刊，Nano Letters等期刊发表多篇文章，申请美国及世界专利3项。2013年入选中央组织部第五批，2014年加入现代工程与应用科学学院能源科学与工程系，研究方向主要是化学储能和电催化。

办公室地址：        科学楼612室
办公室电话：        025-83592805
Email： hgzhang@nju.edu.cn


实验室主页： http://ulab.nju.edu.cn
研究方向：
化学储能和固体电化学
开设课程：
二次电池技术概论

科研成果
文章:
1. JH Pikul, Huigang Zhang,Jiung Cho,PV Braun,WP King,  High-Power Lithium Ion Microbatteries from Interdigitated Three-dimensional Bicontinuous Nanoporous Electrodes, Nature Communications, 2013,4,1732
2. Huigang Zhang and P.V. Braun: Three-dimensional Metal Scaffold Supported Bicontinuous Silicon Battery Anodes, Nano Letters, 12, 2778-2783 (2012).
3. Huigang Zhang, Xindi Yu, Paul V. Braun, Three-dimensional Bicontinuous Ultrafast Charge and Discharge Bulk Battery Electrodes, Nature Nanotechnology, 2011, 6, 277–281.
4. Jiung Cho, Mark D. Losego, Huigang Zhang, Honggyu Kim, Jianmin Zuo, Ivan Petrov, David G. Cahill, and Paul V. Braun, Electrochemically Tunable Thermal Conductivity of Lithium Cobalt Oxide, Nature communications, 2014, accept.
5.Xindi Yu, Huigang Zhang, J.K. Oliverio, Paul V. Braun,  Template-Assisted Three-Dimensional Nanolithography via Geometrically Irreversible Processing, Nano Letters, 2009, 9, 4424-4427.


专利:
1. Paul V Braun, Huigang Zhang, Xindi Yu, Porous Battery Electrode for a Rechargeable Battery and Method of Making the Electrode. US Patent 2010/0068623 A1
2. Paul V Braun, Huigang Zhang, Method of enhancing the connectivity of a colloidal template, and a highly interconnected porous structure. US2013/0302669A1

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现代工学院张会刚教授课题组报道了在锂硫电池催化剂设计新策略，相关研究成果以“Rational design of a Ni3N0.85 electrocatalyst to accelerate polysulfide conversion in lithium-sulfur batteries”为题发表在“ACS nano”：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.9b09371。
由于超高的理论能量密度（2600 Wh kg–1）和低廉的成本，锂硫电池受到持续的关注。然而，目前锂硫电池仍存在很多亟需解决的问题，如多硫化物穿梭引起的容量衰减和活性物质利用率低、转化动力学缓慢等。

图1. 阳离子掺杂调控d带的催化过程机理示意图

为了解决上述问题，研究人员从电极结构设计、电解液改性、添加极性多硫化物吸附剂等角度出发来抑制多硫化物穿梭和改善硫正极的导电性能。近年来，张会刚教授课题组围绕多硫化物吸附和催化剂设计展开了一系列研究，通过开发网状结构的极性Co3S4纳米管（Nano Energy 2017, 37, 7–14）和金黄色葡萄球菌衍生的“仿生”双极性结构（Adv. Energy Mater. 2018, 1702373），有效抑制多硫化物穿梭，改善锂硫电池性能。在前期工作的基础上，课题组结合理论计算，通过设计过渡族金属掺杂的催化剂，调控金属d轨道和硫3p轨道之间的相互作用，研究催化过程机理，制备出高活性的多硫化物转化反应催化剂（Adv. Funct. Mater. 2019, 1906661）（图1）。
金属氮化物由于优良的导电性和较强的多硫化物吸附能，在锂硫电池中有着广泛的研究。本工作通过在Ni3N中引入氮空位缺陷，使得Ni的3d轨道向费米能级移动，增强了Ni3N与多硫化物之间的作用，从而弱化了多硫化物中的S-S键，使其转化能垒降低。通过变温CV测试，结合阿伦尼乌斯方程推导，引入氮空位后的多硫化物转化能垒仅为8.11 kJ mol–1，小于Ni3N的21.11 kJ mol–1。基于该催化剂设计，在1000圈的长循环过程中，容量衰减仅为每圈0.039%，即使在5.2 mg cm–2的高负载下，依然可以稳定循环100圈。
该论文第一作者为2016级直博生沈子涵。本项目研究得到了国家自然科学基金委（21776121），江苏省杰出青年基金和国家重点研发计划（2017YFA0205700）的资助，该项目理论模拟内容得到了南京大学超算中心的支持和帮助。

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2020年7月24日下午，应材料学院樊小勇教授邀请，南京大学张会刚教授通过腾讯会议作了题为“锂硫电池储能过程中的催化反应与传递研究”的学术报告，报告会由材料学院副院长王振军教授主持，材料学院部分教师和研究生线上参与了此次学术报告会。
       报告会上，张会刚教授介绍了锂硫电池的成果及最新研究进展。张老师以锂硫电池正极传递过程调控，负极金属锂的调控生长为例，阐述传递过程的重要作用并且讲解了从仿生过程出发设计的一个可以抑制扩散，提高反应催化过程的双极性结构，同时介绍了通过模板法合成的多孔材料及复合物，展示了复合材料在吸附、电化学等领域的广阔应用前景和巨大研究价值。会上，张老师与老师和同学们进行了学术交流，师生们从中开阔了眼界，增长了知识，受到了启发，为进一步加强交流合作奠定了基础。
       张会刚，南京大学现代工学院能源系教授。1994 年进入西北大学化工学院生物化工专业学习，1998 年在石油大学攻读研究生学位， 2007 年美国伊利诺伊大学香槟分校材料系从事博士后研究。参与电沉积和电抛光方法制备光子晶体，用作热发射和超快锂离子电池方面项目。2012 年创立了基于本人专利的高科技创业公司（Xerion Advanced Battery Corp. https://xerionbattery.com/)，并在其中担任 Senior Scientist 职位，开发高性能锂离子电池。获得 US Advanced Battery Consortium 和风投基金投资支持，研发拥有高能量密度和高功率密度锂离子充电电池。2014 年加入南京大学，并在南京创立两家新材料公司。张教授在 Nature Nanotechnology, Nature Communication, Science Advances, Nano Letters, Advanced Materials, Advanced Energy Materials 等权威学术期刊发表七十多篇文章，申请多项美国及世界专利，撰写本科研究生教材一套。