化工與化學學院陳剛教授帶領的能量轉換材料團隊在鋰離子電池負極材料的研究方面取得重要進展. 研究成果發表於材料科學領域頂級期刊《先進材料》 (影響因子19.79) , 論文題目為《構建二維納米流體通道以實現優異的電化學能量儲存》 (Engineering 2D Nanofluidic Li-Ion Transport Channels for Superior Electrochemical Energy Storage) , 該文章被選為當期封面文章 (Front Cover) , 陳剛教授為文章通訊作者, 團隊博士生閆春爽和呂查德為共同第一作者, 我校為第一通訊單位.
近年來, 鋰離子電池由於具有能量密度高, 迴圈壽命長且對環境友好等特點, 已經逐漸成為攜帶型電子設備的主流電源, 並被認為是可以應用於電動汽車, 混合電動汽車驅動裝置中最有前景的電源. 此外, 鋰離子電池可以儲存與轉換太陽能, 風能等綠色能源, 以緩解上述綠色能源的間斷性與不穩定性, 實現能量的供需平衡. 目前, 諸多領域對於鋰離子電池的需求量日益增大, 傳統電極材料的容量以及快速充放電能力已經達到瓶頸. 研發高倍率性能的電極材料以滿足有效且快速的能量存儲與輸出迫在眉睫.
陳剛團隊率先提出將二維納米流體 (2D Nanofluidic) 結構引入氧化鈷負極材料來提高材料的倍率性能. 該團隊通過簡單的溶膠凝膠法製備了陰離子基團表面修飾的納米片, 這些修飾的基團促使納米片組裝成能夠自支撐的層層堆疊結構. 納米片層的間距稍小於鋰離子德拜長度的二倍, 可以為鋰離子的傳輸提供二維流體通道. 通道內壁的負電基團會選擇性吸引鋰離子, 排斥負電離子, 加速鋰離子的傳輸. 通過電化學測試發現, 流體通道納米片的離子電導率比塊體材料增大幾個數量級, 電池的倍率性能得到大幅度地提高. 該研究工作為有效提高電極材料倍率性能指明新方向, 同時為構建高功率, 高穩定性的鋰離子電池提供了新的探索思路.
研究工作得到了國家自然科學基金及德克薩斯大學奧斯汀分校餘桂華教授的合作支援.
陳剛教授研究團隊致力於新型能量轉換功能材料的研究工作, 2017年在《先進材料》《先進功能材料》《納米能源》等雜誌發表高水平研究論文20餘篇, 其中ESI熱點論文1篇, 高被引論文2篇. 研究團隊獲2017年度工信創新創業獎學金及哈工大 '十佳研究生團隊' . 論文第一作者13級博士生閆春爽以第一作者身份發表SCI論文8篇, 其中影響因子大於10的4篇, 總影響因子累計大於70, 獲寶鋼優秀學生獎, 春暉創新成果獎, 研究生國家獎學金並被評為哈工大研究生十佳英才.
