2015-2017年度

 

黄佳琦:助理研究员

    申请人以一作者或通讯作者身份在Energy Environ Sci (1), Adv Funct Mater (2), Nano Energy (3), ACS Nano (1)等期刊发表SCI收录论文33篇,SCI他引700余次,其中7篇为ESI高引用学术论文。申请人参与发表SCI论文共93篇,他引2200余次,其中ESI高引用论文13篇。申请中国专利14项,授权3项。受邀作国际会议口头及邀请报告共7次,6次获优秀墙报奖。
    2012.07至今 清华大学助理研究员,博士后。主持国家自然科学基金青年基金一项,博士后基金特别资助一项,博士后基金面上项目一项,企业横向课题一项。
    参加工作以来,主要研究方向为发展针对锂硫电池系统的核心材料。针对电动汽车、个人电子设备所需高能量密度电池的国际难题,申请人以能量密度为当代锂离子电池3倍以上的锂硫电池作为研究体系,探索高能量密度锂硫电池所需的核心材料开发。具体研究工作如下:
1. 针对硫活性材料导电性差的问题,利用sp2碳材料复合获得高性能电极材料。
    以石墨烯、碳纳米管为基元导电材料,利用其本征导电性,获得硫可高效利用的硫碳复合正极材料。发展电极材料的介观组装方法,形成三维互连通的电子传递网络及离子传递网络,所得电极材料比容量高、活性材料含量高、大电流充放电性能好。
相关工作以一作或通讯作者身份在Nano Energy (2013, 2014, 2015), J Power Source (2014)等期刊发表SCI论文7篇,其中ESI高引用论文4篇。美国德州奥斯汀大学Manthiram指出该类“纳米碳硫复合材料是获得高性能电池的重要途径”(Chem Rev 2014, 11751; Adv Mater 2015, 1980);美国橡树岭国家实验室Liang评述这是“构筑高导电、高稳定碳硫正极材料的有效方法”(JMCA 2015, 936)。
2. 针对电池中间产物穿梭扩散导致效率低的问题,提出高性能电池所需的选择性隔膜材料。     锂硫电池多电子反应会形成多硫化物中间产物,其可溶于电解液并在浓度梯度推动下在正负极穿梭,降低电池效率,造成容量衰减。针对多硫化物阴离子的穿梭扩散的问题,开发锂硫电池专用的超薄、高通量Nafion(全氟磺酸树脂)、GO(氧化石墨烯)选择性隔膜材料,将电池的衰减率大幅降低至0.08%/cyc,循环寿命提升一倍。     相关研究以一作或通讯作者身份在Energy Environ Sci (2014), ACS Nano (2015)等期刊发表SCI论文3篇,其中ESI高引用论文1篇。美国康奈尔大学Archer认为这是一类“实用化锂硫电池隔膜”(Nano Today 2015, 315)。相关研究工作受邀为Elsevier期刊Energy Storage Materials撰写锂硫电池隔膜材料相关综述。 3. 针对实用锂硫电池所需高载硫、低电解液的需求,构筑了实用化大容量软包锂硫电池。     传统浆料涂膜方法所得电极载硫量低、电解液比例高。申请人采用超长碳纳米管作为导电剂和粘结剂,获得了载硫量高于6.0 mg cm-2的极片。设计并组建了惰性环境中锂硫软包电池组装系统,获得了电池单体容量在2000 mAh以上的锂硫软包电池,能量密度在300 Wh/kg以上,优于目前商用锂离子电池。该项目正与公司合作开展研发,推动产业化进展。     相关研究以通讯作者在Adv Funct Mater (2014), J Power Source (2014)等期刊发表SCI论文3篇,其中ESI高引用论文1篇。美国佐治亚理工Yushin等认为本工作“少见的在1000次循环后保留了50%以上容量”(Adv Energy Mater 2014, 1401792)。     申请人开展的相关工作针对锂硫电池活性材料利用效率低、电池副反应严重的国际难题,提出利用高电导率的石墨化纳米碳材料作为核心材料构件高效电极导电骨架,并开创性地发展了锂硫电池中的离子选择性透过隔膜材料。该关键材料的开发有效提升了锂硫电池性能,在正极材料比容量(提升20%以上)、电池循环寿命(提升100%以上)、电池循环库伦效率(提升至98%以上)等方面均取得突破性进展,并保持了锂硫电池隔膜效率的世界纪录。相关结果发表在Energy Environ Sci (IF=20.523,ESI高被引论文,发表一年他引70余次)等国际顶级学术期刊上,相关结果受Phys.Org、Nanowerk等国际学术媒体报道,申请人也曾受邀GRAPCHINA大会作特邀报告。
获奖情况:
2010 教育部 研究生学术新人奖 2013 EnerParticle-2013 Best Poster Award
2011 清华大学 研究生学术新秀 2014 清华大学 优秀博士后
2011 清华大学 研究生特等奖学金 2014 全国储能科学与技术大会 最佳墙报奖
2011 Intl Symp Chem Energ Best Poster Award 2015 石墨烯高峰论坛 最佳墙报奖
2013 Chinano 2013 Best Poster Award 2015 Sino-US Nano Forum Best Poster Award

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