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广东省电化学储能电池和太阳能转换与储存材料工程技术研究中心主任, 曾获广东省杰出青年科学基金和青年珠江学者。课题组主要围绕新型石墨烯和 MXene等二维复合能源材料的微纳结构设计、电子结构调控、合成机制研究及其在高效的超级电容器、锂/钠离子电池、锂硫电池等电化学储能领域开展基础和应用研究。集成双重封装硅结构和致密结构工程助力超高体积和面容量的锂储存开发高能量密度（高质量和体积能量密度）的储能系统，可满足新型电子设备、新能源汽车和无人驾驶飞机等耗电设备对能源供应的快速发展需求。高理论容量的硅（4200 mAh g-1）负极在锂离子电池（LIBs）中应用前景广阔。但由于较高的体积膨胀率（~300%）和较差的本征电导率（≈10-5~10-3 S cm-1），通常使用低密度导电碳和纳米硅同时引入来克服上述问题，使得电极结构松散，负载量低，导致较低的体积容量和面容量，限制了Si的实际应用。本文设计了一种双重封装Si结构和致密结构工程集成策略，构建出三维（3D）致密结构的Ti3C2Tx MXene和石墨烯双重封装Si块体（HD-Si@Ti3C2Tx@G），实现了Si负极的高体积比容量（5206 mAh cm-3）和高面容量（17.9 mAh cm-2），为致密厚电极的设计提供了新的思路。文章链接：https:///10.1021/acsnano.1c11298文章标题：Integrating Dually Encapsulated Si Architecture and Dense Structural Engineering for Ultrahigh Volumetric and Areal Capacity of Lithium Storage,高度致密的石墨烯和氮掺杂碳双包封纳米锡块体材料实现超高体积容量和长稳定的锂/钠储存电化学能源存储设备的小型化已经成为消费电子产品和电动汽车领域的研究前沿，需要在有限的设备空间内尽可能存储多的能量。由于碳基纳米材料大的表面积、低的堆积密度等问题，限制了其体积能量密度。锡基材料有望成为高质量和体积比容量的锂/钠离子电池的负极，但是通常需采用低密度的碳来包覆纳米尺度的锡，以解决其电化学循环过程中所带来的巨大体积变化的问题，但却导致锡基复合材料的体积密度显著降低，即体积比容量也显著降低。因此，开发一种简单且通用的策略来将纳米复合材料粉末组装成高密度和高致密结构，并以此有效缓冲锡的体积膨胀的同时，实现电极材料的高密度和致密化，由此在保证高质量比容量的同时，实现高体积比容量并兼具长循环稳定性的工作富有挑战性。本文设计了一种高度致密的石墨烯和氮掺杂碳双包封块体纳米锡 (HD N-C@Sn/G)，其中氮掺杂碳和石墨烯将双重包封纳米锡颗粒，所得的致密块体具有2.6 g cm-3的高密度和212 S m-1的高电导率。该高密度的电极作为锂离子电池和钠离子电池负极材料均呈现出超高的体积比容量和出色的长期循环稳定性，在0.1 A g-1的电流密度下，循环100次后呈现出2692 mAh cm-3的高体积容量，以及在1.0 A g-1下实现超过1500次的超长循环稳定性，且每个循环仅衰减0.019％。文章链接：DOI:10.1021/acs.nanolett.9b05349文章标题：Ultrahigh and Durable Volumetric Lithium/Sodium Storage Enabled by a Highly Dense Graphene-Encapsulated Nitrogen-Doped Carbon@ Sn Compact Monolith. 致密的过渡金属硫化物/MXene硫正极设计及高体积和高面容量的锂硫电池 阳离子掺杂策略调控MoSe2/MXene双功能催化剂助力实现高体积容量与高面积容量锂硫电池设计致密的高硫负载正极，同时获得快速的硫氧化还原动力学并抑制贫电解质中的重度穿梭效应，从而在不牺牲Li-S电池(LSB) 质量容量性能的情况下获得高体积能量密度是一项重大挑战。本文将Co掺杂到MoSe2（表示为 Co-MoSe2）中来设计一种双功能电催化剂，该催化剂通过一步水热反应与导电 MXene纳米片原位杂化，从而获得 Co-MoSe2/MXene纳米片。结合致密硫结构的智能设计，制造的高密度S/Co-MoSe2/MXene整体正极（密度: 1.88 g cm-3，电导率: 230 S m-1）在常规电解液中实现了1454 mAh g-1的高可逆比容量和 3659 Wh L-1的超高体积能量密度，以及在0.1C下 3.5 μL mgs-1 的极贫电解液下约 8.0 mAh cm-2的高面积容量。文章链接:DOI: 10.1016/j.ensm.2022.04.004文章标题：Ultrahigh-Volumetric-Energy-Density Lithium-Sulfur Batteries with Lean Electrolyte Enabled by Cobalt-Doped MoSe2/Ti3C2Tx MXene Bifunctional Catalyst双导电1T-VS2-MXene异质结构双向电催化剂使致密Li-S电池具有高体积容量和高面积容量
随着电动汽车和现代移动电子设备的普及，推动了具有高体积/重量能量密度的紧凑型储能设备的发展。同时，在一些空间有限的商业电池中，体积能量密度比重量能量密度变得越来越重要。以硫为正极，锂为阳极的锂硫电池(LSBs)由于其巨大的理论能量和体积能量密度(2600 Wh kg-1和2800 Wh L-1)，被认为是下一代高能电池最有前途的候选电池之一。为了提高体积能量密度又不牺牲重量能量密度，在设计高硫载量、低剂量电解质和高密度的硫正极时，硫宿主材料应同时具有良好的电催化活性和离子/电子电导率，以解决这些硫化物缓慢的氧化还原反应和较差的导电性等问题。基于此，本文设计了一种双导电的1T-VS2-MXene异质结构电催化剂作为高效的硫宿主，它结合了1T-VS2超快的锚定和催化作用以及MXene良好的成核和表面扩散的优点，可以双向加速硫氧化还原动力学，调节Li2S的成核和分解，抑制多硫化物的穿梭。并结合了高密度硫阴极的设计，高密度S/1T-VS2-MXene阴极单体(密度：1.91gcm-3，电导率：76.3S m-1)在常规电解质0.1C放电倍率下实现高容量1571AhL-1（基于硫阴极的总体积）(重量比容量：~1430mAhg-1基于硫)以及在0.05 C放电倍率和3 μL mg s-1贫电解质条件下获得约7.9 mAh cm-2高的面积容量。图1 S/1T-VS2-MXene合成示意图和吸附催化机理示意图文章链接：DOI: 10.1016/j.ensm.2022.04.004文章标题：Conductive 1T-VS2-MXene heterostructured bidirectional electrocatalyst enabling compact Li-S batteries with high volumetric and areal capacity, Energy Storage Materials文章来源：Energy Storage Materials超小尺寸硫宿主致密块体正极实现高体积能量密度锂硫电池由于先进的便携式电子产品和电动汽车对高体积/重量能量密度的迫切需求，紧凑的能源存储已经变得尤为重要。锂硫电池(LSBs)因其高理论能量密度2600Wh kg−1和高比容量1675mAh g−1而引起了人们的广泛关注。此外，锂硫电池中的硫具有成本低、天然丰富、环境友好型等。然而，硫的阴极仍然面临着一些挑战。（1）由于硫(5×10−30S cm−1)、LiS2和Li2S2的电导率较低，导致倍率性能较差，这就需要加入大量的碳质材料；（2）由于大体积膨胀（~80%）和多硫化物在电解质中穿梭，特别是在贫电解质中，容量快速下降；（3）由于振实密度和厚度低，导致体积能量密度低，或虽然其重量能量密度高，但硫含量低。为了提高电极的导电性和限制多硫化物的穿梭效应，最有效的方法是使用多孔碳，碳纳米管，石墨烯等。然而，这些低密度的碳宿主(0.3-0.6 g cm−3)显著地将硫阴极的密度从2.07降低到小于1.0 g cm−3，此外，丰富的孔隙空间和孔隙率需要填充额外的电解液(通常电解液/硫(E/S)比大于15 μL mg−1)，以确保电解质在电极/电解液界面的良好润湿和渗透，从而导致电池的重力能量密度急剧下降。因此，具有传统结构的S/C阴极的电池的体积能量密度无法与传统的锂离子电池相媲美。基于此，本文报道了一种具有超小尺寸TiO2量子点硫宿主的致密块体硫阴极，在0.1 A g−1下，实现了2067 Wh L−1的高体积能量密度和980 mAh cm−3大体积容量。文章链接：DOI: 10.1021/acs.nanolett.9b05349文章标题：High volumetric energy density Li-S batteries enabled by dense sulfur monolith cathodes with ultra-small-sized sulfur immobilizers信息来源：Chemical Engineering Journal红磷由于低成本和高理论比容量（2596 mAh g–1）而备受瞩目。然而，其低电导率（约10-14 S cm-1）和巨大的体积变化（>300％），导致其循环稳定性能较差。目前通常引用大量非活性材料，例如导电碳或MXene等与红磷复合，提高电子导电性以及缓冲体积变化。然而这些复合材料中红磷的含量较低（<70 wt％），导致复合材料的容量降低。本文报道了一种蜂窝状多孔微米级红磷，阐明了多孔结构的形成机理，进而实现多孔结构的形貌可控性；证明了多孔结构的向内膨胀机制可有效缓冲红磷的体积膨胀。本文提出了一种绿色、可扩展的制备蜂窝状多孔微米级材料的策略，为提供高性能电化学储能提供了一种很好的方法文章链接：https:///10.1021/acsnano.1c00048文章标题：Green, Template-Less Synthesis of Honeycomb-like Porous Micron-Sized Red Phosphorus for High-Performance Lithium Storage近年来，随着先进技术的发展，许多应用对储能系统提出了更高的要求，如高能量密度、优异的循环寿命以及快速充电能力。将活性材料纳米化和活性材料与碳材料复合是提高倍率性能和循环寿命的主要手段性能。然而，由于引入了低密度的非活性碳，电极材料的堆积密度降低，电池能量密度下降，同时复杂的合成过程也严重阻碍了它们的商业应用。为了解决这些问题，微米级活性材料引起了人们更多的关注，因为大粒径可以提高活性材料的振实密度，而相对低的比表面积可以减少活性材料与电解质之间的副反应形成固体电解质界面膜（SEI），提高电池的循环寿命。然而，长离子扩散路径和巨大体积变化导致的活性材料粉化严重降低了微米级活性材料的倍率和长循环性能。因此，对微米级电极材料的结构进行设计优化，以提高其倍率性能和循环寿命，同时保持较高的能量密度，显得尤为迫切。本文采用低温水浴的方法，制备了一系列微米级海绵状多孔电极材料，这些电极材料在循环过程中结构稳定，实现了稳定的储锂/钾性能。该工作为微米级多孔电极材料的设计和构建提供了一种新的思路。https:///10.1016/j.nanoen.2022.106981文章标题：Universal low-temperature and template-free synthesis of sponge-like porous micron-sized elemental materials for high-performance lithium/potassium storage,
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