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华中科技大学胡先罗教授在新型快充储能器件的

能源环保    2021-09-18 17:29

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胡先罗: 华中科技大学 教授,博士生导师 

研究方向:锂电池、新型快充储能器件

教育部“长江学者奖励计划”青年学者(2017年)、国家优秀青年科学基金获得者(2015年)、教育部新世纪优秀人才(2012年)、Clarivate Analytics全球高被引学者(2018-2020年)、Elsevier中国高被引学者(2019年)。获国家自然科学二等奖(2016年,3/5)、教育部自然科学一等奖(2015, 3/8)、湖北省自然科学一等奖(2020, 2/5)。2004~2007年就读于香港中文大学获博士学位;2007~2009年分别在香港中文大学、日本物质材料研究所从事博士后及JSPS博士后研究;2009年6月至今就职于华中科技大学材料科学与学院。在Chem. Soc. Rev.、Nat. Commun.、Adv. Mater.、Adv. Energy Mater.、Adv. Funct. Mater.、Angew. Chem. Int. Ed.、 Energy Environ. Sci.、Energy Storage Mater.等国际著名学术期刊上发表论文180余篇,引用17600余次,H因子66。1篇入选2015年度“中国百篇最具影响国际学术论文”。授权发明专利10余项。

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ACS Appl. Mater. Interfaces :通过原子层沉积精确可调的 T-Nb2O5 纳米管用于快速充电锂离子电池

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在实现快速充电目标时,商用石墨负极仍然存在锂离子扩散动力学缓慢和锂电镀严重的安全问题。胡先罗教授团队以电纺聚丙烯腈纳米纤维为牺牲模板,通过原子层沉积制备了壁厚为24 ~ 43 nm的T-Nb2O5纳米复合材料。正交Nb2O5纳米管的锂离子扩散动力学通过原子精密制造纳米结构得到增强。所得到的T-Nb2O5 NTs表现出快速的电荷存储动力学,并能够在不发生相变的情况下实现高度可逆的Li离子嵌入/脱嵌。

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Na Li,et al.,Precisely Tunable T-Nb2O5 Nanotubes via Atomic Layer Deposition for Fast-Charging Lithium-Ion Batteries, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2021, 13, 14, 16445–16453

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Adv. Mater.:基于相变材料的调温隔膜可确保锂离子电池的安全性

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本研究首次报告了可响应于热刺激的调温隔膜。采用中空聚丙烯腈纳米纤维包覆石蜡相变材料(PCM)制备的隔膜提供大范围的焓值(0-135.3 J g-1),能及时缓解锂离子电池的内部升温。在滥用条件下,电池中产生的热量会刺激封装的PCM熔化,从而吸收大量的热量而不会引起温度的显著升高。得益于独特的PCM隔膜的潜在蓄热功能,钉子穿透的电池会在35s内迅速冷却至室温。

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Zhifang Liu, et al., Thermoregulating Separators Based on Phase‐Change Materials for Safe Lithium‐Ion Batteries, Adv. Mater., 2021, 33,15,2008088

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Mater. Res. Bull.:铌对锂离子电池负极用电纺Li2TiSiO5纤维的影响

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系统研究了铌(Nb)掺杂对由静电纺丝制备的Li2TiSiO5纤维的影响。研究发现,最佳的5.0%Nb掺杂Li2TiSiO5具有优异的电化学性能,在电流密度为5000 mA g-1时具有125.6 mA h g-1的高容量和良好的长期循环性能,在2000 mA g-1的电流密度下进行500次循环后仍具有129 mA h g-1的稳定容量。

 

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Yaqian Li,et al., Insight into effects of niobium on electrospun Li2TiSiO5 fibers as anode materials in lithium-ion batteries, Materials Research Bulletin,2021,136,111145

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Energy Storage Mater.:碗状 VS2 纳米片阵列和碳纳米纤维的耦合实现钠离子混合电容器的超快存储

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在高导电碳纳米纤维上生长超薄碗状VS2纳米片阵列,克服了钠离子混合电容器的动力学不平衡,表现出高功率//能量密度和优良的柔性。这种独特的结构设计不仅可以促进Na+离子的超快扩散,而且可以抑制0.3 V以下转化过程导致的VS2容量衰减。DFT计算表明,与VS2/VS2双层膜相比,VS2/C界面具有更快的Na+输运速率和更低的扩散能垒。

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Dongming Xu, et al., Coupling of bowl-like VS2 nanosheet arrays and carbon nanofiber enables ultrafast Na+-Storage and robust flexibility for sodium-ion hybrid capacitors, Energy Storage Materials, 2020,28,91-100

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Energy Storage Mater.:晶格软化使抗粉碎Bi-Sb合金/碳纳米纤维中的钠高度可逆存储

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展示了一种独特的晶格软化机制,使制备的Bi-Sb合金/碳纳米纤维电极具有高度可逆的钠存储和稳定的循环。通过调整菱形Bi-Sb合金的晶格化学结构,可以降低Bi-Sb合金的弹性模量,增强合金的韧性。BiSb3/C纳米纤维在钠循环过程中表现出较高的抗粉化能力和长寿命循环性能。在2 A g−1条件下,超过2500次循环的高可逆容量为233.2 mA h g−1。此外,由预钠化的BiSb3/C负极和Na3V2(PO4)3/C正极组装的全电池在0.2 A g−1超过200次循环时提供333.2 mA h g−1的高可逆容量。

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Songtao Guo, et al., Lattice softening enables highly reversible sodium storage in anti-pulverization Bi–Sb alloy/carbon nanofibers, Energy Storage Materials, 2020,27, 270-278

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Small:超快储钠的T-Nb2O5/碳纳米纤维膜用于柔性钠离子电容器

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采用简单的静电纺丝方法以草酸铌(V) (Nb(C2O4H)5)为铌前驱体,聚丙烯腈(PAN)为碳源,正硅酸四乙酯(TEOS)为模板前驱体,制备了大尺寸自支撑介孔T-Nb2O5/碳纳米纤维薄膜(m-Nb2O5/CNF)。这种多功能薄膜结构可以实现快速嵌入/脱出Nb2O5中的Na+离子。因此,m-Nb2O5/CNF薄膜电极在0.5C时具有287mAh g−1的比容量。即使在150℃的超高倍率下,可逆容量仍然高达172mAh g−1。

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Yuzhu Li, etal., Mesopore-Induced Ultrafast Na+-Storage in T-Nb2O5/Carbon Nanofiber Films toward Flexible High-Power Na-Ion Capacitors, 2019, 15, 9, 1804539