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華南師范大學(xué)化學(xué)學(xué)院李偉善教授課題組，依托我校國家地方聯(lián)合工程研究中心，秉承緊扣產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求開展基礎(chǔ)理論問題研究的理念，在過去的一年中，在新能源材料和儲能電池領(lǐng)域取得系列創(chuàng)新成果，構(gòu)建了新體系、提出了新理論、發(fā)展了新方法。

團隊鐘耀棠等構(gòu)建了一種高效低成本的制氫新體系，該體系由太陽能電池板發(fā)電、可充電鋅-空氣電池儲電和電解槽電解水制氫等三部分構(gòu)成。制備出能同時適用于氫析出（HER）、氧析出（OER）與氧還原（ORR）反應(yīng)的非貴金屬催化材料（Co-NC@CC）。實驗結(jié)果表明，所構(gòu)建的電解水制氫系統(tǒng)可實現(xiàn)24 h無間斷高效穩(wěn)定制氫。在氙燈1500 W/m2光功率密度的照射下，其太陽能-氫轉(zhuǎn)化效率（STH，solar to H2）高達18.43%，接近低成本吸光材料驅(qū)動電解水產(chǎn)氫體系的最高紀(jì)錄（18.7%）。這種利用太陽能驅(qū)動的新型高效低成本電解水制氫系統(tǒng)實現(xiàn)了氫能生產(chǎn)清潔化，為制氫技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展提供了可靠途徑。成果” Efficient water splitting system enabled by multifunctional platinum-free electrocatalysts”發(fā)表在Adv. Funct. Mater. 2021, 31, 2009853上。


團隊邢麗丹教授、劉明珠等提出了鋰離子電池中氫氟酸（HF）產(chǎn)生的新機理。在鋰離子電池的使用過程中，含有LiPF6的電解液會發(fā)生水解反應(yīng)，產(chǎn)生HF。HF會進一步腐蝕電極/電解液界面膜，進而導(dǎo)致電池性能下降。然而，商用電解液的水解機理并不明確，導(dǎo)致抑制電解液水解的研究進展緩慢。該團隊利用分子動力學(xué)模擬，量子化學(xué)計算和實驗研究相結(jié)合，闡明了電解液的水解機制，并提出了抑制水解反應(yīng)的解決方案。該成果“Hydrolysis of LiPF6?Containing Electrolyte at High Voltage” 發(fā)表在ACS Energy Lett. 2021, 6, 2096-2102上。


團隊陳敏、阮弟根等發(fā)展出提高鈷酸鋰電池能量密度的新方法。鋰離子電池的高電壓化是提升電池能量密度的有效途徑。但是高電壓條件下正極界面穩(wěn)定性下降，導(dǎo)致電池性能衰退加劇。該團隊提出一種具有噻吩、腈和羰基三個官能團的新型電解液成膜添加劑，5-乙酰噻吩-2-羰基（ATCN），用于原位構(gòu)建高穩(wěn)定的正極界面膜，從而顯著提高LiCoO2正極在高壓下的循環(huán)穩(wěn)定性。該添加劑的應(yīng)用將商品化的LiCoO2/石墨軟包電池（34 Ah）的循環(huán)次數(shù)從550次增加到800次。該成果“In situ Constructing a Stable Interface Film on High-Voltage LiCoO2 Cathode via a Novel Electrolyte Additive” 發(fā)表在Nano Energy. 2021, 90, 106535上。


邢麗丹教授、馬澤愷等發(fā)展出拓寬鋰離子電池電化學(xué)窗口的新方法。隨著鋰離子電池在電動汽車上的應(yīng)用，其安全性能也越來越受到消費者的關(guān)注。高揮發(fā)性和低閃點的碳酸酯基電解液是導(dǎo)致鋰離子電池易燃的主要因素。采用水系電解液替代傳統(tǒng)易燃的非水碳酸酯基電解液，有望解決鋰離子電池安全性低的問題。但現(xiàn)階段水系鋰離子電池的實際應(yīng)用仍存在一些技術(shù)瓶頸，包括水系電解液電化學(xué)穩(wěn)定窗口窄，低溫水溶劑結(jié)冰導(dǎo)致電池性能下降等。該團隊提出，通過在水系電解液中引入低粘度、低熔點和高還原穩(wěn)定性的共溶劑，調(diào)控本體電解液離子溶劑化層組分和電極/電解液界面層的離子溶劑化組分、結(jié)構(gòu)出發(fā)，設(shè)計開發(fā)了一種適用于寬溫、高電壓、高安全水系鋰離子電池的高鹽濃度水/非水混合電解液。該成果“Expanding the Low-Temperature and High-Voltage Limits of Aqueous Lithium-ion Battery” 發(fā)表在Energy Storage Mater. 2022, 45, 903-910上。

原標(biāo)題： 華南師大李偉善教授團隊在新能源與儲能電池領(lǐng)域取得系列創(chuàng)新成果