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固态能源技术团队

固态能源技术团队是以国家和地方国民经济发展需求为导向的基础研究、应用基础研究和产业化转化集成的研究平台和人才培养的重要平台。团队拥有一支包括以“长江学者”特聘教授、“青年千人”领衔的高水平研究队伍,既具有国际化视野,也具备丰富的产学研经验;团队瞄准国际新能源技术研究前沿,结合我国新能源产业发展方向,致力于研发新型能量转化与储存的固态材料与器件及相关机理;致力于培养新材料、新能源领域内理论基础扎实、科研能力突出、具备国际视野和产业前沿视野的创新型人才。

团队已完成或正在承担包括国家自然基金、国家重点研发计划、国际合作专项、省科技计划项目以及产学研横向合作等多个项目,有充足经费支撑上述研究方向。同时团队经过多年的积累,已经拥有材料制备所需的丰富设备以及光学、光电、导电、热电以及电化学等性能测试研究所需的系列测试与分析仪器,设备条件优越。

研究方向

1. 固态能源转换材料与器件研究

(1) 高效稳定固态太阳能电池器件及相关材料研究

(2) 无机铁电光伏材料与多场耦合效应及其应用研究

(3) 热电复合材料与器件研究

(4) 电磁辐射能量转化人工材料研究

(5) 无线能量传输技术研究

2. 固态储能材料与固态电池技术研究

(1) 新型固态电解质材料研究

(2) 固态电池及其界面调控技术研究

(3) 柔性锂电池关键技术研究

3. 固态复合能源材料与器件研究

(1) 新型光电/热电复合纳米材料及其应用研究

(2) 光电/热电复合能源器件研究

(3) 能量转化与储存集成器件研究

学术成果

团队以及发表论文100余篇,其中Nature Photonics, Energy Environment Science, Advanced Functional Materials, Nano Energy, Journal of Materials Chemistry A等材料与能源领域顶级期刊论文20余篇。申请国家发明专利20多项,已授权10余项。

具体代表性科研成果介绍如下:

1. 固态能源转换材料与器件研究

(1)   高效稳定的固态太阳能电池

先后开发碳纳米管气凝胶对电极、SrRuO3薄膜对电极等太阳能电池新型对电极材料,获得了优异的性能,并对相关机理开展深入研究。                         


基于新型Fe2O3纳米岛的电子传输层获得18.2%的最高转换效率,紫外稳定性显著提高。基于全无机电荷传输层的反型柔性钙钛矿电池获得了高效稳定的功率输出。

 


(2)   热电复合材料与器件研究

Ø  纳米添加物分散在热电材料晶粒内部或者三角晶界处,通过界面的声子散射,减小平均声子自由程,降低热导率。

Ø  纳米添加物的高界面活性,促进晶粒生长,减小晶界密度,增大复合材料的相对密度,使载流子迁移率和电导率也得以提高。

Ø  低热导率纳米添加物有效降低复合材料热导率,提高电导率,并因而显著提升热电性能。

(3)   电磁辐射能量转化人工材料

人工电磁材料能与空间电磁波产生强烈谐振,导致局域电场增强,利用这一性质结合热电材料,通过多物理场计算,优化复合人工电磁材料结构,实现空间电磁辐射能量收集,及低频率波段电磁波能量的无线传输。


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The field enhancement factor and temperature distribution image of metamaterial under the exciting of microwave.

(4)   激光无线能量传输技术

激光供能具有不受无线电波和电磁干扰、不受电源干扰、质量轻、安全等特点,课题组提出利用高效热管理技术及热电复合技术,提高激光能量传输效率。 

 

The efficiency transmission of laser energy

2. 固态储能材料与固态电池技术研究

开发独有的低成本工艺开发出粒径均匀可控的氧化物固态电解质材料LLTO,LLZO等;通过工艺优化,已获得室温离子电导率接近10-3S/cm的LLZO固态电解质材料;采用聚合物电解质与陶瓷固态电解质进行复合,通过有机-无机复合膜成型技术形成全固态电解质膜材料。开发并实现正极活性材料加固态电解质加导电添加剂的复合正极结构与配方,构建固态正负极材料中的锂离子与电子传输通道。相关技术已与企业开展合作,进行产业转化。

固态电解质材料形貌

固态电池结构示意图

固态电池照片

随着电子技术的快速进步,越来越多的电子设备正在向着轻薄化、柔性化和可穿戴的方向发展,目前发展柔性电子技术最大的挑战之一就是与之相适应的轻薄且柔性的电化学储能器件,全固态锂电池使柔性储能成为可能。参与开发的柔性电池(三元523复合正极 + 复合石墨负极 +复合电解质膜),经过弯折、卷曲或者对折,电池仍然能够正常工作。


 

3. 固态复合能源材料与器件研究

(1)   新型光电/热电复合纳米材料及其应用研究

热电/光电核壳纳米纤维引入介孔TiO2光阳极结构中,由于温差的存在产生了热电动势,有效提高电荷分离及输运,减少电子空穴对的复合,进而显著提高光电转换效率。

新型光电/热电复合纳米纤维示意图与SEM照片

(2)   光电/热电复合能源器件研究

将热电模块与太阳电池器件集成实现高效率综合利用太阳能。

 

 

 

光电/热电复合能源器件结构示意图及其性能

团队成员 6 人