王家钧教授团队在固态电池领域取得重要进展

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近日，我院王家钧教授、孔凡鹏老师团队在《科学进展》（Science Advances）上发表题为《基于相结构修饰局域离子——电子传输行为的调控机制及固态锂氧电池性能的耦合研究》（Tailoring electronic-ionic local environment forsolid-state Li-O2 battery by engineering crystal structure）的研究文章。该成果为设计新型正极结构、高性能固态锂氧电池提供了借鉴与指导意义，对助力实现“双碳”战略目标以及在特种环境下的应用均具有广阔的前景。

        可充电固态锂氧电池（SSLOB）具有超高的理论能量密度、低制造成本等优势，是一种极具前景的电化学储能装置。常规固态阴极（SSC）是由固态电解质粉体和催化剂直接物理复合，致使阴极呈现了高度不均匀的锂离子、电子传导路径，带来较大能源消耗。因此，高性能的SSC不仅需要有优异的氧析出和氧还原性能，还需要有极佳的离子、电子传输与平衡能力。但目前设计满足上述多重需求的SSC仍具有极大挑战。
        基于上述挑战，王家钧教授团队首次提出通过调节晶相结构修饰局域电子——离子传输行为，构筑具有独特结构的SSC目标，采用低温热处理方法制备了具有长程无序结构的非晶钌酸锂（A-Li-Ru-O）复合材料，团队发现该材料可以显著提升电子、离子传输动力学，并结合理论计算得出，非晶结构中的多维扩散有助于其电子、离子传输行为。团队通过进一步研究发现，担载非晶钌酸锂（A-Li-Ru-O）的SSLOB器件展现了优异的放电比容量和循环性能，基于同步辐射X射线吸收谱、同步辐射X射线断层成像等技术研究得出，该无序材料除了具有高效的离子、电子传输动力学，还可以在充放电过程中分别加速过氧化锂（Li2O2）的分解和超氧化锂（LiO2）的电化学转化。
      王家钧教授、孔凡鹏老师为该论文通讯作者，我校为唯一通讯单位。化工与化学学院博士研究生孙雪为论文第一作者。化工与化学学院博士研究生宋亚杰、刘青松、张雪艳、安汉文，本科生史一帆、孙楠参与完成部分工作。此外，化工与化学学院霍华副教授、付传凯老师，黑龙江大学谢颖教授参与该研究的部分工作。
      本项目得到国家自然科学基金、黑龙江省自然科学基金、黑龙江省头雁团队原创探索基金和哈工大青年科学家工作室、哈工大重庆研究院的资助。
      论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abq6261
         文章来源：哈工大
        王家钧，哈尔滨工业大学教授、获批“哈工大青年科学家工作室”资助，组建团队。曾先后任职于美国纽约布鲁克海文国家实验室-美国国家同步辐射中心硬射线成像技术线站科学家，美国阿贡国家实验室-先进光源三维纳米重构线站科学家。近十年来，一直从事于新能源材料、同步辐射X射线技术、三维纳米重构、电化学（锂电池，燃料电池，电催化）、原位现场表征技术等多学科交叉基础研究、应用研究和技术平台的发展。先后参与和承担加拿大自然科学和工程研究基金，加拿大巴拉德（Ballard）燃料电池项目，加拿大蒙特利尔Phostech Lithium Inc的磷酸铁锂，美国通用汽车项目，美国能源部基础能源研究、能源部Energy Frontier Research Center项目，能源部National Synchrotron Light Source II Full-field X-ray Imaging 线站项目。至2017年初，已发表学术论文70余篇, 被引用4500余次， H因子36。其中以第一作者、通讯作者在 Nature Communications (4篇), Angew. Chem. Int. Ed., Energy Environ Sci. （2篇）, Adv. Func. Mater, Adv. Energy Mater., Nano Energy 等高影响力杂志发表论文近30 篇，覆盖锂（钠）电池，燃料电池、电催化，同步辐射和新材料等多个领域。在电动汽车磷酸铁锂、三元动力电池材料和原位同步辐射三维、五维纳米成像技术领域，都取得了重要突破进展。美国化学会，电化学会，物理学会以及国际电化学技术委员会会员。自然杂志集团，英国化学会，美国化学会，美国物理学会等专业领域20余杂志审稿人。美国国家自然科学基金，加拿大国家科学工程基金，荷兰科技发展基金等多家国际项目评审。
       孔凡鹏，硕士生导师。主要从事于质子交换膜燃料电池和全固态电池的研究。近3年，在Angew. Chem. Intd. Ed., ACS Catal., Nano Energy等杂志共发表SCI论文20余篇，其中IF>10论文10篇，研究成果受到海内外数十位知名学者的正面引用与评价。先后以骨干人员身份参与并完成国家自然科学基金（重点项目）、国家重点发计划子课题、加拿大巴拉德动力系统公司项目等多个项目。目前主持国家自然科学基金，中国博士后科学基金特别资助，哈尔滨工业大学科研创新基金等多个项目。