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影客网络科技|北京大学侯仰龙教授近年来在新能源领域重要工作概览

本文来自微信公众号：X-MOLNews
侯仰龙教授简介
侯仰龙 ， 北京大学博雅特聘教授 ， 皇家化学会会士（FRSC） ， 国家重点研发计划纳米科技专项首席科学家 ， 磁电功能材料与器件北京市重点实验室主任 。 主要从事多功能磁性材料、新能源材料的控制合成及其在纳米生物医学与能源领域的应用探索研究 。 发展了单分散磁性纳米材料的通用制备方法 ， 探索了磁性纳米颗粒在肿瘤等重大疾病的诊断与治疗的应用；设计制备了若干纳米结构杂化材料用于高性能的锂电池电极等 。 迄今发表学术论文180余篇 ， 引用16600余次 ， 谷歌H因子68 。 申请专利14项 ， 已授权12项 。 获国家自然科学二等奖1项 ， 教育部优秀科技成果奖自然科学一等奖1项和北京市科学技术奖二等奖1项 。 荣获全国创新争先奖状、北京茅以升青年科技奖、中国化学会-英国皇家化学会青年化学奖 ， 曾获国家杰出青年科学基金资助 ， 入选教育部长江学者特聘教授、万人计划科技创新领军人才、教育部新世纪优秀人才、全国优秀科技工作者和科睿唯安高被引科学家（2018,2019） 。 在国际和各类双边会议上作大会或分会邀请报告50余次 。 正主持国家重点研发计划 ， 国家自然科学基金委重点项目、重大项目课题等 。 现任RareMetals副主编 ， AdvancedScience、ScienceChinaMaterials等期刊编委 ， 中国材料研究会常务理事、青年委员会主任委员 ， 中国化学会理事、青年委员会主任委员等 。
影客网络科技|北京大学侯仰龙教授近年来在新能源领域重要工作概览
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侯仰龙教授
本文选取侯仰龙教授近三年来在新能源材料领域的代表性文章来介绍该课题组的主要研究工作 。
1.金属锂负极安全保护
锂金属用做负极时有着其他材料难以比拟的优势 ， 其理论比容量极高（3860mAhg-1） ， 电极电势极低（-3.04Vvs.标准氢电极） ， 理论上是负极材料的最佳选择 。 但其在使用中存在致命的安全问题 ， 主要包括：（1）无限制锂枝晶生长导致短路并引发安全问题；（2）金属锂的连续副反应和相当一部分死锂的形成导致循环性能变差；（3）无限体积变化诱发的负极完全粉碎 。 针对这些缺陷 ， 侯仰龙课题组提出了有效保护策略 。
（1）锂金属部分合金化策略
LixM(M=Si,Sn,Ge等)合金负极可以解决锂枝晶生长问题 。 然而合金电极具有较高的还原电位 ， 会导致低能量密度 。 为了最大限度利用锂金属负极容量 ， 解决锂枝晶生长问题 ， 更好的策略是直接对锂金属进行改性 ， 同时引入锂金属合金 ， 从而使锂金属均匀沉积 。 因此 ， 侯仰龙课题组设计制备了一种Li/LixC/LiySn(Li/C/Sn)部分合金复合负极 ， 使Li合金与C、Sn均匀分布 。 LixC和LiySn合金可以降低Li沉积的过电位 ， 促进均匀的Li沉积 ， 抑制Li枝晶的生长（图1） 。 此方法的优势在于：提供了一种简单、可扩展的方法来诱导均匀的Li沉积 ， 最重要的是 ， 可以大规模制备金属负极箔片 ， 为软包电池的负极应用提供了强有力的保证 ， 极具商业化潜力 。 相关工作发表于NanoEnergy杂志（NanoEnergy,2019,65,103989） 。
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图1.合金化锂负极的优势
（2）低成本三维多孔铜集流体的设计
侯仰龙课题组还引入了一种简单省时低成本的氢气泡动态模板法合成三维多孔铜为基体 ， 改进锂金属负极性能 ， 此三维多孔结构可以降低局部电流密度 ， 抑制苔藓/枝状锂的生长 ， 缓冲锂金属负极的体积变化（图2） 。 此方法的优势在于：以阴极析出的氢气泡为模板电沉积制备多孔金属材料 ， 方法操作简单 ， 且模板可以快速的生成和去除 ， 成本相对于其他硬模板法大幅降低 。 成本是能否实现商业化应用的关键问题 ， 在软包电池大规模使用中 ， 更低的负极成本意味着更好的商业前景 。 相关工作发表于AdvancedFunctionalMaterials杂志（Adv.Funct.Mater.,2019,29,1808468） 。


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