首页 > 行业资讯 > 给大家介绍一位青年学者，复旦“90后”超帅博导，为电池而“疯狂”！

给大家介绍一位青年学者，复旦“90后”超帅博导，为电池而“疯狂”！

时间：2023-07-08 来源： 浏览：

给大家介绍一位青年学者，复旦“90后”超帅博导，为电池而“疯狂”！

原创 高分子科学前沿 高分子科学前沿
高分子科学前沿

Polymer-science

「高分子科学前沿」关注高分子、材料、化学领域全球最新科研进展！坚持“有趣、有料、前沿”，入选“2018年度十大明星学术公众号”。关注我，为高分子行业点赞助力！投稿、荐稿、合作请联系邮箱：editor@polysci.cn

收录于合集

高悦 ，青年研究员、博士生导师，复旦大学高分子科学系聚合物分子工程国家重点实验室。2008-2012年本科毕业于兰州大学化学化工学院，2014-2018年博士毕业于美国宾夕法尼亚州立大学化学系，2018-2019年美国宾夕法尼亚州立大学机械工程系博士后，2019-2020年美国宾西法尼亚大学Vagelos能源科技研究中心Vagelos学者，2020年至今担任复旦大学高分子科学系青年研究员。其中，高悦研究员曾经获得包括：亚洲青年科学家奖学金 （2023）、麻省理工学院技术评论 35 岁以下中国创新者（2022 ）、国家级青年人才（2021）、上海 青年人才 计划（2021）、宾夕法尼亚大学瓦杰洛斯研究所奖学金（2020）、美国能源部电池500联盟青年研究员（2019）、材料研究学会研究生奖，、银奖（2018）中国政府优秀自费留学生奖（2018）、宾夕法尼亚州立大学研究生奖（排名第一圣化学系）（2018）、本科生奖学金Lanzhou University (2018)等奖励。
课题组主页： http://www.ygaogroup.com/
把电池玩出新高度
高悦博士学生期间曾经分别求学于兰州、北京，美国等地多地，研究方向 从学习天然产物小分子合成，到抗肿瘤糖肽疫苗研发，再到研究锂电池，最后到3D打印和机器人，融合当今材料与能源领域的各个方向，如今又入职复旦大学。
电池作为当前人们生活中必不可少的储能设备，时时刻刻影响着人们的生活，其也是电动车以及电气化时代的重要一环，这也是推动人们不断研究电池，推动电池技术更上一层楼的动力。在美国宾夕法尼亚州立大学读博期间， 高悦博士 在 王东海教授 的指导下分别就 电池中的界面问题，以及电池在极端和苛刻条件下循环问题进行了阐述，且提出了自己的解决方案，这也将电池的发展从“认识电池”推动到“应用电池”。 以下列出了高悦博士一些重要的具有代表性的研究：
一、Nat. Mater.：适用于苛刻条件下稳定锂金属电池的聚合物-无机SEI
基于锂（Li）金属负极的可充电电池技术在满足便携式电子产品和电动汽车的能量密度需求方面展现出广阔的前景。在锂金属电池中，固体电解质界面（SEI）对于稳定锂负极至关重要，其无论是在避免与电解液发生不良反应方面，还是在促进稳定的锂沉积方面都展现出关键作用。遗憾的是，在锂负极巨大的界面波动和形貌变化下，SEI在力学上极其不稳定，因此各种修饰提升策略的效果都不明显。因此， 如何设计一个结构稳定和性能优异的SEI一直是研究的难点，这也关系到锂金属电池能否产业化的痛点。
在此， 美国宾夕法尼亚州立大学 王东海教授 （通讯作者）和 高悦研究员 报道了 一种使用反应性聚合物复合材料的分子级SEI设计，由此构建的复合材料能够有效抑制SEI形成和维持过程中的电解液消耗。
深入研究表明，本文构建的SEI层由聚合物锂盐，LiF纳米颗粒和氧化石墨烯片组成，同时通过冷冻电镜，原子力显微镜和表面敏感光谱得到证明。此外，这种结构不同于传统的电解液衍生的SEI，其具有优异的钝化性能、均匀性和机械强度。实验结果显示，基于聚合物-无机SEI可使4V Li|LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 全电池在贫电解液、有限的锂源和高容量条件下实现高效的锂沉积和长循环性能。更加重要的一点是，本文提出的策略同样适用于钠金属和锌金属SEI的设计。
原文链接：
Yue Gao et al. Polymer-inorganic solid-electrolyte interphase for stable lithium metal batteries under lean electrolyte conditions. Nat. Mater. 18, 384-389 (2019).
https://doi.org/10.1038/s41563-019-0305-8
二、Nat. Energy：用于低温和快充锂金属电池的电化学活性单层界面设计
近年来，环境问题愈演愈烈，由此导致的气候变化和温度变化问题尤为突出。实际上，可充电锂电池在高低温下的稳定循环对人们的生活产生了严重的影响，尤其是低温条件下循环时，由电池析锂造成的锂枝晶生长和不稳定固体电解质界面（SEI）严重影响了电池性能。
在此， 美国宾夕法尼亚州立大学 王东海教授 （通讯作者）和 高悦研究员 报道了 一种在低温和高倍率充电条件下的高性能锂金属电池 。具体来说，作者通过在集流体上使用自组装的电化学活性分子单层来实现高性能锂金属电池，该集流体能够调节SEI的纳米结构和组成以及锂金属负极的沉积形貌。
同时，含有富LiF内层和非晶外层组成的多层SEI有效地钝化锂金属表面，而传统的SEI在低温下则是非钝化的。实验结果显示，该集流体有效抑制了电池循环过程中的电偶锂腐蚀和自放电想象，且能够在-60°C至45°C的宽温度范围内实现了稳定均匀的锂沉积，并且容量为2.0mAhcm -2 的Li|LiCoO 2 电池在-15°C下实现了200次的循环寿命，且充电时间为45分钟。
原文链接：
Yue Gao et al. Low-temperature and high-rate-charging lithium metal batteries enabled by an electrochemically active monolayer-regulated interface. Nat Energy 5, 534–542 (2020).
https://doi.org/10.1038/s41560-020-0640-7
三、JACS：通过皮肤移植策略实现界面化学调控助力高性能锂金属电池
研究显示，锂金属负极对液态电解质（尤其是碳酸酯电解液）具有较高的反应性，从而导致锂金属负极界面的不稳定性，同时也使得在4 V级全电池中电化学性能难以提高。锂金属负极与碳酸酯电解液之间的固体电解质间相（SEI）不稳定，为锂的沉积/剥离营造了非常不利的环境。因此，锂金属负极在循环过程中出现枝晶状/苔藓锂生长，巨大的界面波动，和SEI形成导致的严重电解液消耗。
在此， 美国宾夕法尼亚州立大学 王东海教授 （通讯作者）和 高悦研究员 报道了一种新颖的皮肤移植策略，该策略通过在锂金属表面涂覆聚（（N-2，2-二甲基-1，3-二氧戊环-4-甲基）-5-降冰片烯-外-2，3-二羧酰亚胺）来稳定锂金属-液态电解质界面，这也是一种兼具化学和电化学活性聚合物层。
具体来说，该层由具有刚性多环主链的环醚基团组成，用作锂金属负极上的接枝聚合物保护层，其不仅能够将基于醚的聚合物组分掺入固体电解质界面（SEI）中，还可以以无枝晶/苔藓的方式容纳锂在保护层下沉积/剥离。实验结果显示，采用锂金属作为负极与LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 （NCM523）作为正极组装的锂金属全电池在碳酸酯电解液中，循环400次后仍具有90.0%的容量保持率，且表现出1.2 mAh/cm 2 的比容量，这项概念的提出也为调控锂金属阳极的界面化学和实现高性能锂金属电池提供了新的方向。
原文链接：
Yue Gao et al. Interfacial Chemistry Regulation via a Skin-Grafting Strategy Enables  High-Performance Lithium-Metal Batteries. J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 15288-15291.
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.7b06437
四、PNAS：基于不稳定的有机分子与还原氧化石墨烯气凝胶结合助力稳定金属负极
研究显示，以金属为负极（例如锂、钠和锌）的电池在可充电电池领域有着举足轻重的地位，但其受到不利的金属-电解质界面的困扰，导致金属沉积不均匀和固体-电解质界面（SEI）不稳定。在稳定金属负极界面方面，特别是锂金属方面，已经投入了大量精力，但金属负极在大电流或低温条件下的性能仍然很差，在关键工作条件下，特别是大电流密度和低温下，界面处的这些问题甚至被加剧。
在此， 美国宾夕法尼亚州立大学 王东海教授 （通讯作者）和 高悦研究员 报道了使用电化学不稳定分子来调控电化学界面，并指导甚至锂沉积和稳定SEI。 该分子苯磺酰氟键合到还原氧化石墨烯气凝胶的表面上，在金属沉积过程中，这种不稳定的分子不仅产生金属配位苯磺酸阴离子，引导均匀的金属沉积，而且还为SEI贡献LiF以改善Li表面钝化性。实验结果显示，即使在6.0 mA cm -2 的高电流密度下也实现了具有低成核过电位的高效锂沉积，构建的Li|LiCoO 2 电池在400次循环后的容量保持率为85.3%，并且该电池也能在低温下（-10°C）稳定循环，而没有额外的容量衰减，且该策略也可推广到钠极和锌负极。
原文链接：
Yue Gao et al. Stable metal anodes enabled by a labile organic molecule bonded to a reduced graphene oxide aerogel. PNAS. 2020, 117, 30135-30141.
www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.2001837117
五、JACS：精确调控锂合金负极的SEI形成和稳定形貌的通用方法
研究显示，锂合金负极材料有望打破当前锂离子电池能量密度的限制，但这些材料仍然面临着较差的固体电解质界面（SEI）稳定性，从而导致电化学性能下降。实际上，典型的SEI成膜方式通过电解液在活性材料表面上的电化学分解，但缺乏对特定SEI功能和结构的调控。
在此， 美国宾夕法尼亚州立大学 王东海教授 （通讯作者）和 高悦研究员 以Si和Ge纳米颗粒负极为研究模型，提出了一种调控锂合金负极SEI形成过程、化学成分和形貌的通用方法。 具体来说，通过多种功能组分共价锚定在活性材料表面，然后对功能组分和常规电解液进行电化学分解而制备理性的SEI。通过调整化学结构和各种功能成分的数量，在分子级水平上精确调控SEI组成和结构，并在SEI与共价键贡献的锂合金材料表面之间提供紧密接触。结果显示，优化后的Si纳米颗粒SEI通过不同组分的独特组合功能化，使其含有高浓度的有机成分，能够在循环过程中表现出稳定的组成和持久的形貌，从而提高了Si纳米颗粒负极的首次循环效率（ICE），以及在全电池中的长循环性能，这也为其他锂基合金负极构建提供了指导性的方案。
原文链接：
Yue Gao et al. General Method of Manipulating Formation, Composition, and  Morphology of Solid-Electrolyte Interphases for Stable Li-Alloy Anodes. J. Am. Chem. Soc.. 2017, 139, 17359-17367 .  
https://doi.org/10.1021/jacs.7b07584
六、Angew：有机-无机纳米复合材料实现稳定的锂金属/固态电解质界面
固态锂金属电池技术近年来备受关注，其主要是得益于具有高能量密度、长寿命和更好的安全性，但其关键障碍在于不稳定的Li/固态电解质（SSE）界面，其涉及到电解质还原。 在理想情况下，形成的层具有高锂离子电导率和足够低的电子电导率，从而实现简单的锂离子传输并避免SSE的连续还原。其中，一个很好的例子是由LiO、Li 3 N和Li 3 P组成的复合层，其是由锂磷氧化物（LiPON）电解质还原形成的。不幸的是，LiPON的锂离子电导率对实际电池来说太低，从而导致这些SSE的持续降解和界面层的生长，使得电池容量衰减、电阻增加和短路风险增加。
在此， 美国宾夕法尼亚州立大学 王东海教授 （通讯作者）和 高悦研究员 报道了 一种基于有机弹性盐（LiO-(LiO-CH 2 O) n -Li）和无机纳米颗粒盐（LiF，-NSO 2  -Li，Li 2 O）组成的纳米复合材料的新方法，作为中间相保护高导电但可还原的Li 10 GeP 2 S 12 （LGPS） 。纳米复合材料通过液态电解质的电化学分解原位形成在Li负极上，从而使其具有优异的化学和电化学稳定性，对Li和LGPS展现出亲和力以及有限的界面电阻。XPS深度剖析和扫描电镜（SEM）表明，纳米复合材料有效抑制了LGPS的还原，在3000 h内实现了稳定的Li电沉积，以及就有200次稳定的全电池长循环性能。
原文链接：
Yue Gao et al. Salt-Based Organic-Inorganic Nanocomposites: Towards A Stable  Lithium Metal/Li10GeP2S12 Solid Electrolyte Interface. Angew. Chem. Int. Ed.. 2018, 57, 13608-13612. https://doi.org/10.1002/anie.201807304

--纤维素推荐--

--扫下方二维码即可报名--

--荐号--

来源：高分子科学前沿
声明：仅代表作者个人观点，作者水平有限，如有不科学之处，请在下方留言指正！

版权：如无特殊注明，文章转载自网络，侵权请联系cnmhg168#163.com删除！文件均为网友上传，仅供研究和学习使用，务必24小时内删除。
相关推荐
热门信息