特种功能材料重点实验室系列讲座:“刚柔并济”的固态聚合物锂电池:从基础研究到全海深电源;仿生智能纳孔膜(时间6.9)-科学技术研究院
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特种功能材料重点实验室系列讲座:“刚柔并济”的固态聚合物锂电池:从基础研究到全海深电源;仿生智能纳孔膜(时间6.9)
【 作者:李金环  校对时间:2018年06月08日 16:44  访问次数: 】

报 告 1 :崔光磊 中科院青岛生物能源与过程研究所 研究员,博士生导师

报告时间:2018年6月9日14:00-15:00

报 告 2 :闻利平  中国科学院理化技术研究所  研究员

报告时间:2018年6月9日15:00-16:00

报告地点:特种功能材料重点实验室二楼学术报告厅

主办单位:特种功能材料重点实验室

欢迎光临!

专家简介:

崔光磊,博士,研究员,博士生导师,享受国务院特殊津贴专家,先后获得中科院“百人计划”终期评估“优秀”奖、山东省“泰山学者”特聘专家、国家自然科学基金“杰出青年”基金获得者称号等。2005年于中国科学院化学所获得有机化学博士学位。2005年9月至2009年2月先后在德国马普协会高分子所和固态所从事博士后研究。 现任中科院青岛能源所学位委员会主任、学术委员会副主任,能源应用技术分所所长,青岛储能产业技术研究院执行院长、青岛太阳能储能重点实验室主任。国际聚合物电解质委员会委员、中国电化学会委员、中国固态离子会理事。 长期从事低成本高效能源储存与转换器件的研究开发工作。先后在材料、化学、能源材料等方面的国际权威杂志 Angew. Chem. Int. Ed.、J. Am. Chem. Soc.、Adv. Mater.、Adv. Energy Mater.、Energy Environ. Sci.、Coordin. Chem. Rev.、Prog. Polym. Sci.等发表文章200多篇,SCI总引用8000多次。

观点综述:

液态锂电池由于采用易燃、易挥发的碳酸酯有机溶剂,存在极大的安全隐患。固态电解质有望从根本上解决锂电池的安全问题。固态电解质是固态锂离子电池的核心部件,研究与开发综合性能优异的固态电解质体系是系统提升电池性能的核心和瓶颈问题。但无论无机材料还是聚合物材料,仅靠单一材料无法满足大容量电池在离子导电性、机械强度及热稳定等综合性能提升的要求。为了解决这一难题,青岛储能院提出“刚柔并济”固态聚合物电解质的设计理念,发挥不同材料的优势,创新地复合 “刚性”多孔骨架材料和“柔性”聚合物离子传输材料。所谓“刚柔并济”就是使用“刚”性多孔骨架支撑材料,如聚酰亚胺、芳纶、聚芳砜酰胺、玻璃纤维、阻燃纤维素和海藻酸盐隔膜等无纺布材料,改善电池的力学性能和尺寸热稳定性能,从而提高安全性能;“柔”性离子传输材料,如聚环氧乙烷(PEO)、聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、氰基丙烯酸酯、聚碳酸丙烯酯(PPC)和聚碳酸亚乙烯酯(PVCA)等赋予优异的离子传导性和界面稳定性,“并济”即两种或多种材料复合达到多赢的效果,实现综合性能的大幅提高,进而满足动力电池的要求。通过刚柔材料的优势互补,结合路易斯酸碱相互作用增加嵌段运动且提升界面离子传输的特点,制备出多款综合性能优异的“刚柔并济”固态聚合物电解质。为了有效降低固固接触阻抗,我们采用了“原位自形成机制”,极大提升了固态电池的界面相容性和长循环稳定性。在高能量密度固态锂电池方面,我们已经开发出能量密度300瓦时每公斤、循环寿命超过500次的固态锂电池,并通过了国家深海中心的11000米深海压力舱检测。2017年3月,青能所开发的“青能-Ⅰ”固态电池随中科院深渊科考队远赴马里亚纳海沟,为“万泉”号着陆器控制系统及CCD传感器提供能源,累计完成9次下潜,深度均大于7000米,其中6次超过10000米,最大工作水深10901米,累计水下工作时间134小时,最大连续作业时间达20小时,顺利完成万米全深海示范应用。

闻利平博士,中国科学院理化技术研究所仿生材料与界面科学院重点实验室,研究员,中国科学院大学未来技术学院,教授,博士生导师。获2016年国家自然科学基金委杰出青年基金项目资助。科技部纳米科技重点研发计划首席科学家。基金委优秀青年基金的会评专家,科技部973项目验收专家,人力资源和社会保障部服务基层专家。北京航空航天大学青年拔尖人才校外导师。 主要从事纳米孔道膜材料的构筑及应用领域的研究工作,主要成果包括:提出了一维限域离子可控传输的设计思路,构筑了系列一维限域纳米孔体系,揭示了一维限域离子输运的本质及调控规律;设计并制备了关键功能区可调的漏斗状纳米孔,实现了离子可控传输的稳定性;发展了基于嵌段聚合物自组装的阵列纳米孔膜材料,提高了离子传输的效率,并实现了基于新原理、新概念的能量转换器件的构筑。目前发表相关方面的研究论文六十余篇,代表性工作包括:Sci. Adv. 1篇,Angew. Chem. Int. Ed. 7篇,J. Am. Chem. Soc. 5篇,Adv. Mater. 15篇和Chem. Soc. Rev. 1篇等,研究成果被多家期刊或媒体做为亮点介绍,多次在国际材料化学会议、亚洲化学会年会、中国化学会年会等国际、国内会议上做主题及邀请报告。指导学生多次获得奖学金,包括“国家奖学金”、“朱李月华奖学金”、“唐敖庆奖学金”、“院长奖学金”等多项冠名奖学金以及中科院三好学生等奖励。

观点综述:

纳孔膜材料由于具有特殊的结构与新奇的性质,在能源、资源、环境以及健康等领域表现出重要的应用前景。基于此,课题组多年来一直致力于仿生纳孔膜材料的制备及应用探索。从仿生纳米孔道的设计、制备为起点,构筑了一系列不同形状的固态纳米孔道,并对其构效关系进行分析,获得了影响纳米孔道物质输运的规律,实现了光、电、热、pH、离子、分子单因素响应及多因素响应的可控离子传输固态纳米孔的制备;进一步,从纳米孔道的形状、带电状态、浸润性等多方面逐步引入“非对称性”,实现了关键功能区可调的漏斗形纳米孔道的制备,提高了离子可控传输的稳定性;再次,利用嵌段聚合物自组装制备了漏斗状纳米孔阵列膜,这种从“一”到“多”的非线性变化过程提高了低维纳米孔膜材料的离子传输效率。利用纳孔膜材料进行化学势梯度驱动的能量转换设计,得到了3.9 瓦每平方米的功率密度,其商业潜力巨大。