【黄岛讲坛(第13期)】四专家来校畅谈新能源材料

黄岛讲坛(第13期)现场 逄智超摄影

陈萍作题为“氨——能源载体”的学术报告 周小卉摄影

邱介山作题为“新结构能源材料的设计合成及性能”的学术报告 周小卉摄影

孟庆波作题为“新型太阳能电池”的学术报告 周小卉摄影

李峰作题为“石墨烯储能应用”的学术报告 周小卉摄影

  【本站讯】11月26日,黄岛讲坛(第13期)新能源材料系列学术报告在逸夫报告厅举办。本期讲坛特邀全国新能源材料领域专家陈萍、邱介山、孟庆波、李峰作学术报告。

  中国科学院大连化学物理研究所陈萍研究员作了题为“氨——能源载体”的学术报告,向师生讲解了氢能源储存、氨作为能源载体的优势和挑战、氨催化合成及氨催化分解方面的研究,重点介绍研究团队在催化合成氨方面取得的重要进展。氢是一种洁净能源,但其在凝聚态物质中高效存储目前仍是氢能大规模应用的瓶颈。氨气可以作为氢能的理想载体,具有储能高,便于储存和运输等优势。工业催化合成氨须在高温高压下才能有效实施,能耗很高。低温、低压、高效催化剂的开发是降低合成氨能耗的关键。就此问题,陈萍提出了“双活性中心”这一催化剂设计理论,在自己以往的金属氢化物研究基础上开发了过渡金属-氢化锂复合催化剂体系,双活性中心的构筑使氮的活化及氮的加氢发生在不同的活性中心上,从而打破了反应能垒与吸附能之间的限制关系,实现了氨的低温催化合成。在该复合催化剂体系中,氢化锂直接作为活性中心而非电子助剂参与催化过程,有效提升了催化合成氨的活性。同时该催化体系还表现出优异的催化氨分解制氢活性。最后,陈萍鼓励师生在科学研究过程中坚持自己的方向,在不断发现问题解决问题中获得乐趣。

  大连理工大学邱介山教授作了题为“新结构能源材料的设计合成及性能”的学术报告,针对储能新材料领域的研究前沿和挑战,重点对超级电容器用碳材料的研究与应用探索进行介绍。超级电容器是介于传统电容器和蓄电池之间的一种新型储能器件,具有功率密度高、循环寿命长的优点。碳材料是组成超级电容器电极的关键部分,如何设计结构新颖、性能优异、成本低廉的碳材料一直是超级电容器研究的重要方向。碳材料对离子和电子的传递是制约其电化学性能的关键要素。邱介山教授研究团队创新性地提出通过设计新颖的碳材料与层状双金属氢氧化物(LDH)的复合结构,为电子及离子传递构建快速通道的方法,实践证明这种方法对提高超级电容器的比容量非常有效。在用粉体碳材料制备电极的过程中,粘结剂的加入往往不利于充分发挥碳材料原有的性能,为此邱介山教授研究团队以商品化碳布为基底,利用纳米胶水替代传统粘结剂,发明了多种制备自支撑碳材料及自支撑碳/LDH复合材料的新方法,既保持了材料本身的性能,又提高了电极的稳定性,这种技术有望在大规模制备超级电容器电极方面取得重大突破。碳材料与电解液之间的相互作用决定了超级电容器的最终性能。邱介山教授研究团队与多家世界知名研究团队合作,从实验和理论计算等多方面对超级电容器工作过程中碳材料与电解液之间的相互作用机制进行了深入探讨,发现了许多新的规律,为从根本上解决制约超级电容器性能的关键科学问题提供了理论基础。报告最后,邱介山对学生从事科研提出殷切希望:应勇于创新,敢于拼搏,善于交流,一旦选择了一个研究方向,就要坚定而执着的追求自己的特色,立志攀登科研最高峰。

  中国科学院物理研究所清洁能源中心主任孟庆波研究员作了题为“新型太阳能电池”的学术报告,从太阳能电池的大规模利用但依然存在应用瓶颈的现状展开,结合课题组多年来在太阳能电池领域的研究,重点讲述了钙钛矿太阳能电池异质结特征研究和电-光调制瞬态光电流/光电压系统研制方面的内容。他结合课题组的实际工作从直流、交流电输运特性,电容特性,界面复合特性等方面进行详细阐述,解释了钙钛矿太阳能电池被归为异质结太阳能电池而非染料敏化太阳能电池的科学依据,并针对这一新型材料的发展方向提出独到见解。孟庆波提出,太阳能电池领域的核心科学问题集中于其光电过程,而可调控的瞬态光电测试系统可以实现器件可测量物理状态的拓展、实现瞬态光电测试模式的拓展、实现测试时间尺度的拓展,对新型太阳能电池的研究十分关键。报告中,孟庆波将“盲人摸象”与科学研究过程相类比,以光的波粒二象性作为真实案例,用生动形象的语言说明在科学研究中对未知事物和规律,探索工具的重要性。他鼓励师生“心中充满阳光,美好的心愿一定能实现!”

  中国科学院金属研究所李峰研究员作了题为“石墨烯储能应用”的学术报告,围绕石墨烯在电化学储能器件中的应用,介绍了石墨烯在超级电容器和锂离子电池中的应用。从总体上说,石墨烯在电池中存在四个方面的用途:电极的集流体、导电添加剂、活性材料和结构材料。他以研究实例讲解了石墨烯作为电极的结构载体,可以从总体上提升电极的电子传导,促进活性材料的分散,并能够与活性材料产生协同增强效应,有效提高锂离子电池的性能。随后,李峰介绍了石墨烯在锂硫电池中的应用。其中,三维石墨烯用于锂-硫电池正极骨架,不仅可以显著提高单质硫的载量,而且能够和充放电过程中产生的可溶性多硫化物发生较强的相互作用,抑制多硫化物的穿梭效应,大幅提高锂硫电池的储能容量和循环稳定性。此外,二维的石墨烯纸也可以直接用于硫正极和隔膜之间的隔离层,阻碍多硫化物向负极的扩散,提高锂硫电池的循环稳定性。李峰提出了现阶段石墨烯在电化学储能中应用存在的诸多机遇和挑战。李峰报告为师生清晰地呈现了石墨烯电化学储能应用的最新研究进展和发展趋势。 

  陈萍,中国科学院大连化学物理研究所研究员,清洁能源应用“储氢”材料领域研究专家,国家杰出青年基金获得者、中科院“百人计划”入选者。长期从事储氢材料和无机材料合成及多相催化研究。在国内外期刊发表论文50多篇,已申请国家、国际专利12项。先后获得淡马锡青年科学家奖、新加坡国立大学杰出青年科学家奖、IPS(新加坡物理协会)世界科学奖、“十一五”国家科技计划执行突出贡献奖、第八届中国青年女科学家奖。担任Journal of Materials Research 责任编辑。

  邱介山,大连理工大学化工学院教授、博士生导师,长江学者特聘教授、国家杰出青年基金获得者、国家有突出贡献中青年专家、国家“百千万人才工程”人选。主要从事材料化工、能源化工、多相催化等方面的研究。在国内外刊物发表论文580余篇,授权发明专利80余项。担任《化工学报》副主编,Science China Materials等国际学术刊物及《新型炭材料》《过程工程学报》等20种学术刊物编委。

  孟庆波,中国科学院物理研究所研究员、博士生导师,国家杰出青年基金获得者、中科院“百人计划”入选者,中科院物理研究所清洁能源实验室主任,中科院清洁能源前沿研究重点实验室主任。从事光电材料、光子材料、光催化材料、风光互补智能微电网设计与控制研究。近年来,在国际高水平杂志发表论文180余篇,论文被引用4200余次,授权发明专利34项。

  李峰,中国科学院金属研究所研究员,金属所储能材料组组长,国家杰出青年基金获得者。主要从事电化学能量储存与转换用碳基纳米材料及器件的制备和应用研究。在碳基材料及其他电化学储能材料领域取得系统性创新成果,并实现部分成果产业化。在国内外期刊发表论文200余篇,获国家自然科学奖二等奖(排名第二),授权发明专利20余项,兼任《新型炭材料》和Energy Storage Materials编委。


 


【作者:杨安 康子曦 潘奕铭 裴红艳     来自:新闻中心 理学院 大学生传媒中心 科技处    责任编辑:姜洪明     审核:蒋大森】
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