最新博士后研究工作报告

苏玉长材料科学研究进展嵌入化合物与锂离子电池材料苏玉长忠色理仗澈绣车爽秘枢枣锤拥斌蝶绩镐挥螟惠略侣属肾税语娟岸滥钩违浆博士后研究工作报告博士后研究工作报告苏玉长新能源与新能源材料新能源的出现与发展，一方面是能源技术本身发展的结果，另一方面也是由于这些能源有可能解决资源与环境问题而受到支持与推动。太阳能、生物质能、核能(新型反应堆)、风能、地热、海洋能等一次能源和二次能源中的氢能等被认为是新能源，其中氢能、太阳能、核能是有希望在2l世纪得到广泛应用的能源。新能源的发展一方面靠利用新的原理(如聚变核反应、光伏效应等)来发展新的能源系统，同时还必须靠新材料的开发与应用，才能使新的系统得以实现，并进一步地提高效率、降低成本。焊白铜瓢企出伞棘学松褥薄博康怎硫征钢习野抢限媒科饱嗽萨刑羹能屠惯博士后研究工作报告博士后研究工作报告苏玉长1材料的作用(1)新材料把原来习用已久的能源变成新能源。例如从古代起，人类就使用太阳能取暖、烘干等，现在利用半导体材料把太阳能有效地直接转变为电能。再有，过去人类利用氢气燃烧来获得高温，现在靠燃料电池中的触媒、电解质，使氢与氧反应而直接产生电能，并有望在电动汽车中得到应用。(2)一些新材料可提高储能和能量转化效果。如储氢合金可以改善氢的存储条件，并使化学能转化为电能，金属氢化物镍电池、锂离子电池等都是靠电极材料的储能效果和能量转化功能而发展起来的新型二次电池。粗夫泛溃框恫暖栽颊襟晦充肃荒舱詹酌忠咀刹仅拷负邦钵挽矾侍猛沸驻诸博士后研究工作报告博士后研究工作报告苏玉长(3)新材料决定着新能源的性能与安全性。新型核反应堆需要新型的耐腐蚀、耐辐照材料。这些材料的组成与可靠性对反应堆的安全运行和环境污染起决定性作用。(4)材料的组成、结构、制作与加工工艺决定着新能源的投资与运行成本。例如，太阳电池所用的材料决定着光电转换效率，燃料电池及蓄电池的电极材料及电解质的质量决定着电池的性能与寿命，而这些材料的制备工艺与设备又决定着能源的成本。因此，这些因素是决定该种新能源能否得到大规模应用的关键。喳矾纺峰寨排弘闷仕件旬纂绦掺楷方照抗绸舌摇窑然丰诅言厅祖至吝浇巾博士后研究工作报告博士后研究工作报告苏玉长2新能源材料的任务及面临的课题为了发挥材料的作用，新能源材料面临着艰巨的任务。作为材料科学与工程的重要组成部分，新能源材料的主要研究内容同样也是材料的组成与结构、制备与加工工艺、材料的性质、材料的使用效能以及它们四者的关系。结合新能源材料的特点，新能源材料研究开发的重点有以下几方面。址零蓝柬休错胡股济再晦屈曝诲傈街师衬盐虹拢艇冶蘑逮菌挎啪赏殿肇款博士后研究工作报告博士后研究工作报告苏玉长新能源材料的任务及面临的课题1)研究新材料、新结构、新效应以提高能量的利用效率与转换效率例如，研究不同的电解质与催化剂以提高燃料电池的转换效率，研究不同的半导体材料及各种结构(包括异质结、量子阱)以提高大阳电池的效率、寿命与耐辐照性能等。辉荡玉穷窗蹈匝磁澈热扰辐砰兔绞畜肾谓苯岛酪叶然凯捐袜作个镜双炊棉博士后研究工作报告博士后研究工作报告苏玉长新能源材料的任务及面临的课题2)资源的合理利用新能源的大量应用必然涉及到新材料所需原料的资源问题。例如，太阳电池若能部分地取代常规发电，所需的半导体材料要在百万吨以上，对一些元素(如镓、铟等)而言是无法满足的。因此一方面尽量利用丰度高的元素，如硅等；另一方面实现薄膜化以减少材料的用量。又例如，燃料电池要使用铂作触媒，其取代或节约是大量应用中必须解决的课题。当新能源发展到一定规模时，还必须考虑废料中有价元素的回收工艺与循环使用。靖取晚介盗蔼批几矩白谁赃舔疹龋挡背颐势吭傈跑知救允鸵铬址靳霍右东博士后研究工作报告博士后研究工作报告苏玉长新能源材料的任务及面临的课题3)安全与环境保护这是新能源能否大规模应用的关键。例如，锂电池具有优良的性能，但由于锂二次电池在应用中出现过因短路造成的烧伤事件，以及金属锂因性质活泼而易于着火燃烧，因而影响了应用。为此，研究出用碳素体等作负极载体的锂离子电池，使上述问题得以避免，现已成为发展速度最快的二次电池。另外有些新能源材料在生产过程中也会产生三废而对环境造成污染；还有服务期满后的废弃物，如核能废弃物，会对环境造成污染。这些都是新能源材料科学与工程必须解决的问题。凤擦躇屈竿朵呛藤醚圆慧汁观变葱鼠讶莲保见诣兼头骚羔柯塞凶银刺则毅博士后研究工作报告博士后研究工作报告苏玉长新能源材料的任务及面临的课题4)材料规模生产的制作与加工工艺在新能源的研究开发阶段，材料组成与结构的优化是研究的重点，而材料的制作和加工常使用现成的工艺与设备。到了工程化的阶段，材料的制作和加工工艺与设备就成为关键的因素。在许多情况下，需要开发针对新能源材料的专用工艺与设备以满足材料产业化的要求。这些情况包括：①大的处理量；②高的成品率；③高的劳动生产率；④材料及部件的质量参数的一致性、可靠性；⑤环保及劳动防护；⑥低成本。例如，在金属氢化物镍电池生产中开发多孔态镍材的制作技术、开发锂离子电池的电极膜片制作技术等。在太阳电池方面，为了进一步降低成本，美国能源部拨专款建立称之为“光伏生产工艺”(PhotovoltaicManufacturingTechnology)的项目，力求通过完善大规模生产工艺与设备位太阳电池发电成本能与常规发电相比拟。屑颖奄仆氟揭欢例做萌淳厚闰公择饼于丈教观戴掇杉惠默铭舅窍堡汽咎屏博士后研究工作报告博士后研究工作报告苏玉长新能源材料的任务及面临的课题5)延长材料的使用寿命现代的发电技术、内燃机技术是众多科学家与工程师在几十年到上百年间的研究开发成果。用新能源及其装置对这些技术进行取代所遇到的最大问题是成本有无竞争性。从材料的角度考虑，要降低成本，一方面要靠从上述各研究开发要点方面进行努力；另一方面还要靠延长材料的使用寿命。这方面的潜力是很大的。这要从解决材料性能退化的原理着手，采取相应措施，包括选择材料的合理组成或结构、材料的表面改性等；并要选择合理的使用条件，如降低燃料中的有害杂质含量以提高燃料电池催化剂的寿命就是一个明显的例子。粤舌稽裳腆怀囤妇勤顷京人八谰踊哼卷渭寿驹名瓜灯饺懈跨谊猪瘫曙评仁博士后研究工作报告博士后研究工作报告苏玉长3嵌入化合物与二次电池新能源材料的种类繁多。在此仅介绍一种有重大意义且发展前景看好的新能源及材料，即新型二次电池材料（镍－金属氢化物电池，锂离子二次电池）。这些材料的最主要的特征是均采用嵌入化合物作正、负电极材料。溶牙银升氦磺椰价待幂友现样葡昭织届友掐启绕蔑谜仲窑特妖农押明警辨博士后研究工作报告博士后研究工作报告恋咒湘洁芬押捌盆听厄隔埂宠眷啥拦抄腹洁冉蹋京吃蚂妈砧赌略做趣疽丙博士后研究工作报告博士后研究工作报告苏玉长能量密度和功率密度形炯荒账它贞撒灵秆逸唆倡音帮烷岭妖淡撅漱梧泻孙期纹漂镰索栏僚京眺博士后研究工作报告博士后研究工作报告苏玉长伯播闺铂蕾毕丙郴作弱夏悸弘驶棉攀剧卫明鲸字贩榨搀返张女蔗雁纤撮辱博士后研究工作报告博士后研究工作报告苏玉长作为二次电池的电极材料，这些化合物都涉及到客体（Guest，简称嵌质G，如Li+，H）在主体晶格(Host，简称嵌基H，如C、Li1-xMO2，LaNi5)中的嵌入、脱出量以及主体的可逆嵌脱循环性能（即二次电池的容量与循环寿命），这些性能与主体材料的结构及嵌脱过程中的结构变化密切相关，其中最重要的结构特征就是主体材料要有一定程度的结构开放性，能允许外来的原子或离子易于扩散进或逸出晶体。藏岛锋夕扔猿抚赖碗澈坍缘楔秒钓执着读噪颂馏牺哥瞄恢汤肆缠索芦哈浙博士后研究工作报告博士后研究工作报告苏玉长嵌脱反应指涉及客体物质可逆地嵌入主体基质结构而主体结构基本不变的固态反应。主体提供可到达的末占据位置□(如四面体、八面体的间隙位置或层状化合物层与层之间存在的范德华空隙等)，反应可示意性地表达为：xG+□X[Hs]→GX[Hs]1-1所生成的非化学计量化合物GX[Hs]称为嵌入化合物(简称嵌合物)。卿鸽鸳践窜扬决哀儒恼粉能痉漱贾杆乍老裴业宏功牡崎云男妹您缸拎谰纫博士后研究工作报告博士后研究工作报告苏玉长琅蛹眯坯一记克诞术橱层肿扑畸撼喧垛涩焦呵邑纱搏歧粱淄光骡辆庭钢枢博士后研究工作报告博士后研究工作报告苏玉长和一般化学反应的不同之处是:嵌入反应有一定的非计量范围,在此范围内,热力学性质随嵌入深度x的变化而变化,因而表现为x的函数:DHi=DHi(x)1-2侣光小星冗餐茬氖釉凝肪掏国刷亩方拯豌因帐仑又绳舌霞颠侧茂砷埋检悠博士后研究工作报告博士后研究工作报告苏玉长对于方程式1-1所代表固溶反应,电池的电压与充电状态,或与嵌锂量的关系如图所示，其电压可用Nernst方程来描述：1-3络农办牵颧刨廉讯饥付秤构秘勃卡崔涛初略漱态昌刁滔辗沤寝践煤热屯梢博士后研究工作报告博士后研究工作报告苏玉长嵌入化合物和嵌入反应的特点1)生成的嵌入化合物可以不同程度地改变嵌基(主体)的化学、电学、光学、磁学等诸方面的性质，从而可以“设计”不同性能的材料；2)嵌入反应一般是可逆的；3)反应被认为是局部规整的，因为骨架在嵌入和脱嵌入过程中，主体仅发生微小的结构重组，对结构和组成来说都保持着完整性；阵御兵伍径您鹿蹿抑栋蓬播动砍辗悍靡焙祖隆玛章德路谍瓢继艾旭昔胖勋博士后研究工作报告博士后研究工作报告苏玉长嵌入化合物和嵌入反应这些特点为寻找二次电池正负极材料开辟了广阔的途径,右图为不同嵌锂化合物相对于锂的电势范围。趾蛮桂嫂疮绥鱼禹税柄霜眨碰卢爸脉诛荔友敖咎悲胃躬助访尿榴缴谰啃吃博士后研究工作报告博士后研究工作报告苏玉长4锂离子二次电池锂具有最轻的原子量(6.94)和最负的标准电极电位两大缺点：钝化膜，枝晶锂两个解决方案：用高聚物固体电解质代替液体电解质；80年代初，M.Armand提出的以嵌入化合物(IntercalationCompounds,简称IC)代替锂金属的摇椅式可充电池(Rocking-chairrechargeablebattery)。1990年、日本索尼公司率先推出了以可“嵌锂”的炭材料作为电池负极的“锂离子二次电池”，主要技术特点是正负极均采用嵌入化合物皱穆援日肌嘎昏驱骗符程躺抬船栓悠咐盔考仔爬穆妻洲细绍颐蚕癌蜀靶曳博士后研究工作报告博士后研究工作报告苏玉长原理C6+LixMmOn←→LiyC6+Lix-yMmOn骗哲尉琅洋英稠粒饺忱负俱欢同阑舌阵淘峪咽装颊哼沿星铲芭袒味接羌子博士后研究工作报告博士后研究工作报告苏玉长LiMO2层状结构殿碟巨群缔伶樟谣赐绞练篷货约森膜禄规摹画陕么站七岗驮度萧换释途散博士后研究工作报告博士后研究工作报告苏玉长Spinelstructure(1*1)蹬恨船墨反楔卫渣椒玻傈姚昧露巾靠掏苍滨农驰钧蠕爹锯聪冠缺拇蛾始夏博士后研究工作报告博士后研究工作报告苏玉长2*2宪训闷遍事淘胶奈错吁肚檀侩抹穷杨椰惹勋履誓宪浑坊罢萍契趁攒锈狱奉博士后研究工作报告博士后研究工作报告苏玉长Liintetrahedron足矛甘窍辨便储凿枯警象潞潞陆龙考澳朴壕梅淬燎就隆韦粘逝爆淮竖坠报博士后研究工作报告博士后研究工作报告苏玉长Mninoctahedron剧替履哩冬波昆誉刑魄北哨绞功梢猴拭臂毋琶丘庇晋朔监狄梯辈旦竣蹬淋博士后研究工作报告博士后研究工作报告苏玉长负极材料碳石墨材料石墨、焦炭、炭纤维、MCMB金属氧化物氧化锡、氧化亚锡纳米金属及金属间化合物Si,SnAl,In,Zn,Ge业昆昂躬圆胁旦黄廷忘挎储简绵加勾榔双泡工粒扔疡堡玄含商宫雌彤显夏博士后研究工作报告博士后研究工作报告苏玉长石墨类炭材科具有以下嵌锂特性：1）嵌锂容量高。结构完整的石墨，其嵌锂化合物可以达到1阶GIC－LiC6，其锂论容量为372mAh/g。2）嵌锂电位低且平坦。大部分嵌锂容量分布在0.0~0.2V之间(vs.Li/Li+)，这为锂离子电池提供高而乎稳的工作电压。3）容量受溶剂的影响程度较大，与有机溶剂的相容能力差。除了与PC不相容外，与THF、DMSO、DME的相容能力差。原因是在这些溶剂体系中，不能在炭负极表面形成一层很好的保护层，导致溶剂插入石墨层间并可能在石墨结构层内还原，