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有机电极材料在锂电池中的实际应用前景分析
中国科学院院士、南开大学教授陈军团队受Nature子刊《自然评论·化学》编委会邀请，发表题为“有机电极材料在锂电池中的实际应用前景分析”的综述论文。该文章深入阐述了有机电极材料的结构特征、作用机理、构效关系等，着重分析了有机电极材料的实际现状和应用前景，有助于学术界和工业界充分了解有机电极材料的实际应用潜力和待解决的问题，有望激发更多应用导向的研究工作，进而促进未来有机电池的商品化应用。文章第一作者为卢勇博士，通讯作者为陈军院士。锂离子电池目前广泛应用于各类便携式电子设备，在人类社会的信息化、移动化、智能化、社会化等方面凸显作用，并有望在电动汽车和智能电网等领域大规模应用。商品化锂离子电池的正极材料主要是无机过渡金属氧化物和磷酸盐，其中过渡金属资源大都不可再生，电池回收利用技术复杂、成本高，从长远的角度来看可能会面临资源短缺等难点问题。因此，可循环再生的电极材料开发已成为电池领域的学术前沿和重大需求。有机电极材料由于含有丰富的碳、氢、氧等元素而显现出可再生、绿色环保、低成本和高容量等优点，近年来受到了广泛的关注。有机电极材料的制备具有合成创造的特点。有机电极材料一般可以从植物中（比如玉米等作物和苹果等果蔬）直接提取或者以生物质材料为原料通过简单的方法制备得到；在有机材料提取制备、电池装配和回收过程中产生的二氧化碳又可以被植物吸收利用，因而体现了很好的循环和可再生性。然而，有机电极材料还面临着在电解液中溶解度大、导电性差、密度低等难点问题，其材料特征、作用机理、构效关系等亟待深入理解。陈军院士团队的综述论文围绕有机电极材料的未来发展提出见解。文章指出，有机电极材料具有结构可调控特点。根据不同的分子结构和反应电位，有机材料在实际应用中可作为正极或者负极活性材料。文章首先讨论了有机电极材料本身的各种关键性质，包括材料的能量密度、功率密度、循环寿命、密度、电导率、能量效率、价格、资源可用性和热/化学稳定性。其中能量密度、功率密度和循环寿命是材料的基本电化学性质，这些性质会受到材料密度和电导率的影响，其他因素如稳定性和价格等也是必须要考虑的问题。接着从实际电池应用角度分析了电极中活性物质的单位面载量和电解液用量等因素对全电池性能的影响。最后利用软件对以有机材料为正极或者负极的实际锂电池体系进行了模拟，得出了相关电池体系的性能（如整体能量密度、功率密度）和价格等参数。结果表明，n型有机正极材料特别是羰基化合物具有较好的实际应用前景。
南开大学
2021-04-11
有机电荷转移分子调控二维材料电学特性研究
已有样品/n使用有机电荷转移分子F4TCNQ与MoS2结合形成范德华界面，通过F4TCNQ与MoS2之间的电荷转移来降低沟道内无栅压情况下的载流子浓度。MoS2晶体管的开启电压（Von）从负数十伏被调制至0伏附近，F4TCNQ并未导致MoS2晶体管包含迁移率在内的任何电学性能的下降，其亚阈值摆幅（SS）反而明显提升。团队成员通过第一性原理计算以及扫描开尔文探针显微镜表征证实了范德华界面处电荷转移的存在性，并研究了F4TCNQ对Mo
中国科学院大学
2021-01-12
一种具有局部复合材料的轧钢用导位板
轧钢用导位板是一较典型的高温磨损件，由于高温氧化与磨损并存，导位板工作条件十分恶劣，常常因导位板孔形磨损而导致整个导位板报废。本成果可在导位板的出口端（即尺寸要求较严的孔形部件）形成局部复合材料，即将硬度高、耐磨性好，热稳定性好的陶瓷颗粒与抗氧化性好，并具有一定热强性的金属基体通过特殊工艺出口端以铸造方式形成表面复合材料，从而大幅度提高导位板使用寿命。该成
西安交通大学
2021-01-12
一种碱性耐火材料抗水化性能的评价方法
小试阶段/n自19世纪碱性转炉炼钢法问世以来，碱性耐火材料由于具有优良的高温使用性能及净化钢液的特性而备受关注。与此同时，碱性耐火材料固有的水化特性也直接制约了其工业化生产与使用。受温度、湿度等气候条件影响，目前国内外对碱性耐火材料抗水化性能的评价方法各国/地区均有差异。如何精确、全面地评价碱性耐火材料的抗水化性能则成为衡量碱性耐火材料综合性能的重要参数，也是推动碱性耐火材料发展的关键问题。本发明采用电化学手段，以水化溶液离子浓度为桥梁，建立了碱性耐火材料抗水化性能的新型评价方法，该技术方法简单、周
武汉科技大学
2021-01-12
基于石墨烯、氮化硼等二维材料的防腐应用
已有样品/n石墨烯由于其独特的二维纳米结构，且具有高强度、高热稳定性、高化学稳定性以及优良的导热性等特性，在防腐涂料领域具有广阔的应用前景。石墨烯、氮化硼等二维材料由于其特殊的结构使其具有不透过性，作为金属基底与腐蚀环境的阻隔层而保护基底不被自然环境所腐蚀。通过化学气相沉积法及块体剥离法可分别制备直接生长于金属表面的大面积石墨烯、氮化硼薄膜，或粉状的石墨烯、氮化硼纳米片。通过化学气相沉淀法，二维材料可以在任意形状的金属基底的所有暴露面上生长，实现对金属表面的全面保护。市场预期：该技术可应用于精细元器
中国科学院大学
2021-01-12
新型高效稳定型壳聚糖衍生物络合碘杀菌材料（技术）
成果简介： 将功能性壳聚糖的改性产物（壳聚糖改性接枝共聚物，壳聚糖改性季铵盐衍生物等）与碘络合，制得新型高分子抗菌剂。该材料具有高效、安全的杀菌、抗 病毒效果，成为新一代抗菌材料： ① 有效碘含量＞60mg/g，远高于目前市场使用的碘制品； ② 碘结合稳定，60℃下加热 6h，有效碘含量降低比率＜3%，碘具有良好的 缓释性； ③ 具有广谱的杀菌性能，对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、绿脓杆菌、粪肠球菌、肺炎克雷伯菌、白色念珠菌、淋球菌、单纯疱疹病毒及乙肝病毒有良
北京理工大学
2021-04-14
廉价、高效的材料微、细观力学性能原位观察系统（产品）
成果简介： 对于各种颗粒、纤维增强复合材料，目前主要采用大规模的宏观力学实验寻找力学性能变化规律，进而为提高材料力学性能提供支持，实验繁杂，周期长，投入大。采用显微镜原位力学性能测试方法，对复合材料在各种外力作用下的破 坏过程进行细观观测，有助于对填料、纤维的增强效果及其对复合材料力学性能的影响进行研究，进而探寻影响材料力学性能的主要因素，可大大节约开发成本， 提高开发效率。但目前国内所具有的细观力学性能观测条件主要利用带有原位加 载台的扫描电镜技术，该实验系统成本昂贵，国内仅有少数几家科研院所拥
北京理工大学
2021-04-14
一种莫来石质轻质耐火材料及其制备方法
小试阶段/n随着各高温工业领域对节能降耗的要求也越来越高，而轻质（保温/隔热）耐火材料是高温窑炉、热工设备等必备的节能材料。因此，选择性能优良、价格低廉的轻质耐火材料直接关系到高温工业的节能减排，同时有利于保障高温工业的平稳运行。莫来石（3Al2O3·2SiO2，简写为A3S2）具有熔点高、机械强度大、热膨胀系数小和化学稳定性好的特性，是理想的中高级耐火材料；此外，制备莫来石质耐火材料的原料（铝矾土/“三石”/工业氧化铝+硅微粉等）来源较丰富，因此能降低莫来石质轻质耐火材料的开发成本。。目前，制备莫
武汉科技大学
2021-01-12
高品质金属模具3D打印材料及工艺技术
已有样品/n模具是“工业之母“，模具行业是工业的放大器，对相关产业的放大作用可达1:100。近年来，我国模具工业一直保持着快速发展的态势，2015年达到2100亿人民币，出口额50.8亿美元，从业人员达百万人。各类模具均需要冷却，其效果直接影响生产效率、模具寿命和制件质量。现有模具冷却一般采用机加工直孔组成回路，但难以实现产品自由型面各个区域的均匀高效冷却。3D打印可直接加工出随产品型面自由变化的随形冷却水道，实现模具的随形温控，特别是对于复杂结构、高精度、高性能要求的高端模具尤其重要，堪称模具制造
华中科技大学
2021-01-12
高效硅基太阳能电池关键材料和应用技术
该项目与南京中电、上海神舟、扬州协鑫等多家协同单位合作，开展表面微纳米结构的设计、高效晶硅表面刻蚀剂的研制、大规模量产工艺技术的突破。
南京工业大学
2021-01-12