先进储能技术研究室
【研究室总体介绍】
本研究室共有教师3名，其中教授/博导2名、讲师1名。近年来承担和完成国家重点研发计划、国家“973”计划项目、国家“863”计划项目、国家级青年人才项目、国家自然科学基金面上项目、山西省科技重大专项、北京市自然科学基金等项目以及企业横向协作项目等课题50余项。
本研究室主要围绕“电化学储能”和“氢储能”技术存在的关键问题，以基础研究为本，应用为导向，从材料制备到器件设计开展深入研究。主要聚焦于金属离子电池材料及器件（Li/Na/K/Mg/Zn）的设计与研发、固态电池关键材料及器件的设计与研发、石墨烯制备及应用、吸氢/储氢材料的制备及应用等，致力于解决科研难题，推行产学研相结合的发展模式。
多年来，团队成员以基础研究为立身之本，产业应用为科研导向，开展新型能源材料的设计与研发，在相关领域取得一定成果，其中团队成员以第一/通讯作者在J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater., Nano Lett., Adv. Energy Mater., ACS Energy Lett., Adv. Funct. Mater., Adv. Sci., Energy Storage Mater., Nano-Micro Lett.，Energy & Environ. Sci.等权威期刊发表学术论文篇150多篇（影响因子15以上50余篇），获授权发明专利40余项；获教育部高等院校技术发明奖一等奖1项、二等奖1项，中国有色金属工业科学技术奖二等奖2项。
【研究室成员介绍】
李平 刘永畅 张德印
【研究室主要研究方向】
1. 固态电池关键材料及器件
2. 锂离子电池关键材料及器件
3. 钠离子电池关键材料及器件
4. 锌离子电池关键材料及器件
5. 石墨烯制备及应用
6. 储氢材料和消氢材料及应用
7. 二维插层能源化学材料
【研究室主要研究内容及科研成果】
1.固态电池关键材料的研发与应用
全固态锂电池是下一代主流电池。本团队针对硫化物固态电解质的核心原料成本高昂的问题，原创性提出硫化锂合成新工艺，并与国内500强企业合作进行规模化放大。针对电解质易水解、与锂金属稳定性不足、与常规正极材料兼容性差等难点，通过多元素引入协同改性策略制备出离子电导率高、对锂稳定性好以及空气稳定性高的电解质材料。开发固态电池正极原位包覆技术，固态电池专用硅负极、金属碳负极、锂合金负极等关键材料。在全固态电池干法制膜、湿法制膜以及全固态电池构型方面做了大量研发。在固态电池的研发与设计方面，申请国家发明专利8项，已授权5项，发表SCI论文7篇。
2.钠离子电池关键电极材料的研发与设计
在国家自然科学基金，国家重点研发计划，国家青年人才计划等项目的支持下，针对钠离子半径和质量较大导致其扩散动力学缓慢、脱嵌活性较低的关键问题，创新性的提出将高电位反应和多电子反应过渡金属电对相结合的新思路，开发出高能量密度Na4MnCr(PO4)3材料，比能量达到566.5 Wh kg-1，为同期报道磷酸盐钠电正极最高值；采用惰性元素（Mg、Al、Zr等）取代锰或铬位点，有效提升了材料的循环寿命和倍率性能；通过阴阳离子电对协同电荷补偿，突破了层状氧化物储钠正极材料能量密度上限；同时创新性地提出Na层惰性离子掺杂策略，显著增强了材料循环稳定性。在钠离子电池关键电极材料的研发与设计方面，团队在J. Am. Chem. Soc., Adv. Mater., Angew. Chem., Adv. Energy Mater., Adv. Funct. Mater., Energy Storage Mater.等期刊发表论文50余篇，申请发明专利8项，获授权3项，部分成果在企业放大并产生一定经济效益。
3.水系锌离子电池关键电极材料的研发与设计
在国家自然科学基金，国家青年人才计划等项目的支持下，针对锌离子正极中二价锌离子与宿主材料之间的强静电作用导致锌离子迁移动力学缓慢和电极结构退化等问题，利用微纳米设计，反应机制调控，缺陷工程等手段，开创性的对几种极具前景的储锌正极材料进行设计、制备：开发出“三明治”结构的二硫化钼/石墨烯复合纳米花以及富含结构缺陷的氧掺杂二硫化钼纳米片，在有效扩大MoS2层间距，显著提升导电性的同时，解锁了MoS2基面限制，实现了高效三维离子传输；合成出V5O12·6H2O纳米带，率先发现质子（H+）和Zn2+在水系电解液中能够共嵌入V2O5的新机制；通过优化电解液体系，开发出高电压Li3V2(PO4)3和石墨锌电正极材料，显著提升电池的能量密度，同时对材料的构效关系进行合理分析，采用多种检测手段对储能机理进行详细阐述，并且制备出准固态锌离子电池器件，在技术和理论两个层面取得了一些创新性研究结果。团队在Adv. Mater., Angew. Chem., Energy & Environ. Sci., Adv. Energy Mater., Adv. Funct. Mater.等期刊发表论文30余篇，申请发明专利2项，获授权1项。
4.锂离子电池硅碳负极成果转化
2020年，研究室与山西省高平市政府签署储能技术战略合作协议，成立山西北科乾通储能科技研究院。研究院围绕储能材料及器件进行人才培养、应用基础研究以及科研成果转化，构建以市场为导向的集原始创新、技术攻关、成果转化、企业孵化、科技服务为一体的创新型平台。拥有中试车间1200 m2，检测中心400 m2。研究院以硅基负极材料为研发核心，建设了50吨级硅基负极生产线，开发了一系列硅基负极产品，性能达到国内先进水平；提出了双层气相碳包覆及固相碳包覆技术；开发了高混料-预包覆-产品成形的固相包覆流程新工艺。研究院注册商标9项，授权国家发明专利2项、实用新型专利6项。2022年被确立为“晋城市高比能锂电池负极材料”技术创新中心，2023年被认定为国家级“科技型中小企业”、“晋城市级新型研发机构”以及“晋城市高校科技成果转化基地”，2024年被认定为山西省“2024年度省新型研发机构”。
5.储氢材料的应用与推广
在国家自然科学基金和北京市自然科学基金等项目的支持下，系统研究了AB5型、AB2型、AB3型、AB3.5型、A2B型，Mg系和络合物等储氢材料体系，开展了金属氢化物反应床改性及反应器的设计与推广，发明了高效金属氢化物反应床改性技术，研制了高性能金属氢化物反应器，突破了反应床改性过程精确控制、稳定性控制等关键技术问题，开发出高效金属氢化物储氢-放氢装置。提出粉末冶金工艺、氯化脱氧技术制备多孔TiFe、TiMn储氢合金新思维，因省去熔炼、制粉和压坯工艺过程，且能提升合金在储氢罐中的装填率，有望大幅度降低TiFe、TiMn储氢系统成本。发表论文50余篇，申请发明专利9项，获授权8项。
6. 消氢催化剂的研究与应用
氢气泄漏可能导致严重的安全问题，非能动消氢复合器不需要任何外加热源就可催化氢氧复合反应，从而消除泄漏的氢气以避免爆炸风险。常温低浓度消氢催化剂的研发是非能动消氢复合器在氢燃料电池汽车中应用的关键。采用储氢合金镀铂钯等贵金属可显著提升常温低浓度消氢能力和抗碘中毒、水中毒能力。该技术不仅可应用于核电站中，在氢燃料电池汽车、轮船、制氢、用氢的实验室、工厂等密闭空间里也具有广阔的应用前景。
7. 石墨烯制备与应用
采用独特的化学发泡法一步制备高质量的三维石墨烯。三维石墨烯以二维片状石墨烯为基本单元，通过特殊的支撑结构形成。相比于常规片状石墨烯，三维石墨烯具有更大的比表面积，能够避免二维石墨烯的团聚，且成分和结构可调控性强；通过后续处理工艺也可得到石墨烯微片及其他成分的三维石墨烯基材料，材料应用场景广阔。该三维石墨烯材料制备技术简单易行，成本低，具备商业化潜力。该技术已发表SCI论文10篇，授权国家发明专利9项。
【研究室承担科研项目】
国家自然科学基金面上项目：多孔TiFe储氢合金的三维活性表面构建机制与储氢活化
国家自然科学基金面上项目：高比能NASICON型磷酸盐正极材料的反应电对调控及储钠机制
国家自然科学基金面上项目：二维材料基面缺陷调控及三维锌离子传输机制
国家级青年人才项目：新型金属离子电池阴离子反应共性激活原理与稳定机制
国家自然科学基金青年项目：基于氟磷酸铁钠正极和碳质负极的钠离子电池构建及电化学行为研究
国家重点研发计划课题：高安全长寿命复合锂负极及界面调控
国家自然科学基金重大研究计划培养项目：镁基阳离子共嵌入正极和“双摇椅式”镁金属电池构建
中国科协青年人才托举工程项目：钠离子电池微纳米结构电极材料构筑
国家重点研发计划课题：液态金属储能电池关键技术研究
国家863计划：特种工艺制备燃料电池用高容量纳米晶/非晶镁基复合储氢材料
国家863计划课题：受损建筑物加固与修复材料关键技术研究与应用—FRP加固修复钢结构技术
国家博士后创新人才支持计划项目：自支撑电极材料的设计及高性能钠离子全电池的构建
北京市自然科学基金海淀联合基金：三维纳米骨架与人工SEI膜修饰金属锂负极及锂枝晶抑制机理研究
北京市自然科学基金面上基金：铁基催化剂修饰三维石墨烯/Mg基储氢材料的协同作用及循环稳定性机理
北京市自然科学基金面上基金：铁氧体催化剂对NaAlH4-MgH2储氢材料热力学及动力学性能的作用机理
北京市重点实验室建设项目：高性能铁基软磁合金近终形制备关键技术研究
新金属材料国家重点实验室项目：Si对高容量RE-Mg-Ni系A2B7型储氢电极合金循环稳定性作用机理研究
太行国家实验室：民用飞机氢能动力燃料供输系统研究-氢泄漏吸附消除材料及技术研究
校地合作：高平市人民政府与北京科技大学共建先进储能技术研究院
横向课题：硫化锂材料产业化研发
横向课题：合金高通量制备设备设计调试
横向课题：富锂铁酸锂的研发及其失效机理研究
横向课题：锂离子电池硅碳-碳纳米管复合微球负极材料的制备方法”等2项专利转让
横向课题：50t/a规模固相法合成硅碳负极材料中试生产实验研究项目
横向课题：固态材料储氢、轻量化储氢罐关键技术的研发
横向课题：贮氢合金优选、熔炼、镀膜和性能测试
横向课题：事故后高性能贮氢材料试制
横向课题：钾离子电池负极材料用过渡金属硫化物修饰三维石墨烯的研究
横向课题：电网用储氢材料适用性分析及氢储能技术前期研究
横向课题：高效、大容量合金储氢罐研究
横向课题：三元/石墨体系电池循环过程中容量衰减机理研究