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硅基新一代锂电负极材料制备
项目成果/简介:目前锂离子电池的能量密度已经越来越不能满足其在电动汽车、智能手机和大规模储能方面的应用。锂离子电池的能量密度低主要是因为所采用的正负极材料的比容量较低，尤其是负极材料石墨，其理论比容量为 372 mAh/g。目前研究最多的、最具有商业化前景的负极材料为硅基负极材料，其理论比容量为 4200 mAh/g，是石墨的十倍以上。据招商证券预计，硅基负极材料在 2020 年的市场使用量接近于 5 万吨，销售额接近于 50 亿。 然而硅基材料在充放电过程中较大的体积变化率（>300%）限制了其商业化应用，较大的体积变化导致极片碎裂以及电解液在材料表面持续分解，从而造成其循环性能剧烈下降。另外，硅基材料为半导体，其导电性较差，从而导致硅基负极材料的倍率性能较差。如何解决硅基负极材料这两大缺点是普及硅基材料在锂离子电池应用的关键。 陈永胜教授课题组结合在纳米技术和石墨烯材料领域的专长，经过近 10 几年的研究，采用低成本的原材料、易工业化的工艺技术制备了石墨烯包覆的硅基负极材料，主要技术创新点包括：1）采用独特的、具有自主知识产权的纳米技术将大粒径的硅粉进行纳米化处理，纳米化大大缓解了硅在充放电过程中体积变化的问题，从而从根本上解决了硅基负极材料循环性能差的问题；2）石墨烯包覆则充分发挥了石墨烯导电导热性能好、机械性能优异、电化学性能稳定等特点，改善了材料的锂离子扩散性能和电子导电性，大大提高了功率特性； 14隔绝了硅与电解液的直接接触，抑制副反应造成的电解液分解和材料侵蚀，提高了首次效率，延缓了使用过程中的寿命衰减；进一步减缓了充放电过程中硅的体积变化，维持材料结构的整体稳定性，极大地提升了循环特性。效益分析:陈永胜教授课题组发明的石墨烯包覆硅基负极材料，从制备过程上讲，具有工艺简单、成本低廉、易工业化的特点；从性能上讲，具有比容量高、稳定性好、压实密度大等优点，与高比容量正极组成的锂离子电池的能量密度是当前商业化锂离子电池能量密度的数倍以上。
南开大学
2021-04-11
高稳定性无颗粒银基导电墨水
"印制电子技术是将功能性材料墨水印制在基材上，是微电子行业的一项重要革新，解决了传统光刻技术存在的生产周期长、操作复杂、污染严重等问题。 课题组发明了一种无固体颗粒的喷墨打印用银基导电墨水，该导电墨水是通过将一种有机银络合物溶解在溶剂中，同时加入微量的助剂充分溶解而获得。突出优点：（1）固化温度低：在很低的分解温度获得纳米银颗粒（最低可
东北大学
2021-04-10
缓释型银基抗菌剂的制备方法
本发明涉及抗菌剂的制备，旨在提供一种缓释型银基抗菌剂的制备方法。包括：将聚苯乙烯微球加入浓硫酸中，搅拌2~8 h后反复离心、洗涤，然后分散到无水乙醇中，得到磺化聚苯乙烯分散液；再加入氯化亚锡水溶液，室温下搅拌、离心、洗涤后，将所得固态产物加入到溶有酒石酸钾钠的银氨溶液中，室温下搅拌，再加入异丙醇，得到载银聚苯乙烯复合微球分散液；然后加入正硅酸乙酯和氨水，室温下搅拌；所得产物经离心、洗涤后，在550℃下煅烧，即获得缓释型银基抗菌剂。本发明使负载在二氧化硅球壳内壁的银可以从球壳上的介孔缓慢扩散到球壳外部，起到杀菌抗菌的作用；可有效避免传统抗菌剂因银负载于材料外表面易发生的活性成分流失、抗菌性能降低等问题。
浙江大学
2021-04-11
硅基新一代锂电负极材料制备
目前锂离子电池的能量密度已经越来越不能满足其在电动汽车、智能手机和大规模储能方面的应用。锂离子电池的能量密度低主要是因为所采用的正负极材料的比容量较低，尤其是负极材料石墨，其理论比容量为 372 mAh/g。目前研究最多的、最具有商业化前景的负极材料为硅基负极材料，其理论比容量为 4200 mAh/g，是石墨的十倍以上。据招商证券预计，硅基负极材料在 2020 年的市场使用量接近于 5 万吨，销售额接近于 50 亿。 然而硅基材料在充放电过程中较大的体积变化率（>300%）限制了其商业化应用，较大的体积变化导致极片碎裂以及电解液在材料表面持续分解，从而造成其循环性能剧烈下降。另外，硅基材料为半导体，其导电性较差，从而导致硅基负极材料的倍率性能较差。如何解决硅基负极材料这两大缺点是普及硅基材料在锂离子电池应用的关键。 陈永胜教授课题组结合在纳米技术和石墨烯材料领域的专长，经过近 10 几年的研究，采用低成本的原材料、易工业化的工艺技术制备了石墨烯包覆的硅基负极材料，主要技术创新点包括：1）采用独特的、具有自主知识产权的纳米技术将大粒径的硅粉进行纳米化处理，纳米化大大缓解了硅在充放电过程中体积变化的问题，从而从根本上解决了硅基负极材料循环性能差的问题；2）石墨烯包覆则充分发挥了石墨烯导电导热性能好、机械性能优异、电化学性能稳定等特点，改善了材料的锂离子扩散性能和电子导电性，大大提高了功率特性； 14隔绝了硅与电解液的直接接触，抑制副反应造成的电解液分解和材料侵蚀，提高了首次效率，延缓了使用过程中的寿命衰减；进一步减缓了充放电过程中硅的体积变化，维持材料结构的整体稳定性，极大地提升了循环特性。
南开大学
2021-02-01
高性能水泥基渗透结晶型防水材料
混凝土结构因其脆性大的弱点，在工程应用中往往不可避免产生开裂。混凝土结构 因开裂导致混凝土结构水密性下降、渗漏，影响工程的使用寿命，甚至无法正常使用。 目前，防水材料众多，可分为柔性防水与刚性防水两大类。从国外内多年的实践证明， 传统的柔性防水材料虽然具有柔性特点，耐久性也较好，但与基面混凝土粘结力弱，尤 其在基面潮湿或有渗水的情况下无法使用，不宜作背水面和潮湿基面的防水。刚性水泥 基防水材料具有柔性材料无法比拟的性能而广泛应用。但目前普遍使用的水泥基防水材 料大部分属表面密封防水剂，存在防水效果只作用在表面，不能自动、深入地渗透到结 构内部；防水效果不持久，随着时间开始持续的退化过程；一旦防水涂层遭到破坏，防 水能力随之丧失等弱点。从混凝土结构开裂原因、工程应用特点与防水特性分析认为， 开发出具有微细裂缝自愈合、渗透结晶、可在背水面施工等特点的永久性水泥基渗透结 晶型防水材料十分必要，而且应是无毒、无污染，符合可持续发展的产品。 本发明专利是一种水利、水电、桥梁、隧道、地下、建筑等工程中水泥、砂浆、混 凝土防水、防渗漏的高性能水泥基渗透结晶型防水涂层材料。 本发明是一种由活性化学物质、硅酸盐水泥、石英砂等配制而成的粉状防水材料， 是有机化学物质与无机化学物质的混合体，通过深入结晶过程对混凝土进行有效防水。 当本产品与水拌和后，形成具有一定触变性、流态浆体，涂刷在潮湿的混凝土基层上， 活性成分渗透进混凝土内部，并反应生成不溶性的晶体。其活性化学物质与混凝土中未 水化的水泥颗粒发生水化反应，并促进水泥水化，形成水泥水化晶体，生成的大量晶体 填充、封堵混凝土的孔隙和毛细管，使水无法进入混凝土从而达到防水的目的。混凝土 干燥时，活性化学物质处于休眠状态；有水渗入时，该物质继续水化生成新的结晶自动 修补，从而达到永久防水作用。可广泛用于水泥混凝土工程的防水、防渗漏、防潮。
同济大学
2021-04-11
高性能燃料电池钳基催化剂
本成果针对燃料电池催化剂长时间运行过程中因碳载体腐蚀、Pt 溶解、迁移团聚长大及Pt中毒等原因而逐渐退化的技术难题，发展了多种提高 燃料电池催化剂稳定性和活性的新方法、新技术，研制出了一系列低成本、高性 能、长寿命燃料电池催化剂。目前，该项目已经具有完全自主知识产权，所开发的燃料电池催化剂已经完全能够满足动力电池的性能要求，属于国际一流国内领 军的高科技技术。
重庆大学
2021-04-11
高性能低温烧结BZN基MLC介质瓷料
本项目从材料科学的角度出发，在国内外率先对Bi2O3-ZnO-Nb2O5(BZN)体系陶瓷的相结构、相关系与介电性能进行了系统研究。首次深入系统地研究了三元系统中焦绿石相区的相关系，以结构―性能关系为出发点对BZN基介电陶瓷材料进行了系统的离子取代改性研究，在此基础上获得了低烧结温度、达到CG指标的温度稳定型BZN基和MLCC瓷料,可以作为高频多层陶瓷电容
西安交通大学
2021-01-12
聚合物分散液晶基智能玻璃用乳胶
变色玻璃（又称智能玻璃）是能够按照人们的需求改变光线进入（射出）强度和能量的功能化玻璃。通过对光线的调节可以使室内亮度和温度保持在合适的范围，改善了生活质量也降低了能耗。这在当今全球能源紧缺的情况下更是意义重大。各发达国家对该领域的研发工作都非常重视。 聚合物分散液晶（PDLC）变色玻璃是近十几年发展起来的新型智能玻璃材料。其以透明度高的聚合物为基体，将小分子液晶分散在基体中。与其他变
四川大学
2021-04-14
硅基薄膜太阳能电池制备技术
本项目采用隧道结技术实现叠层太阳能电池的制备，扩展电池的光谱收集范围，提高电池的转换效率。
一、项目分类
关键核心技术突破
二、成果简介
太阳能是大自然赐予人类最清洁，最丰富的能源资源，目前商用的太阳能电池以晶体硅电池为主，由于晶体硅消耗硅料较多，近年来人们一直致力于开发硅薄膜电池。非晶硅薄膜电池已经实现了商业化生产并有了一定的市场份额，但它仍存在不足之处，包括光致衰减效应和转换效率不高(约6％)等。本项目在国家863计划课题(2006AA03Z219)支持下，开展了以多晶硅薄膜、微晶硅薄膜和纳米晶薄膜的制备和相关材料的单结与叠层硅基太阳能电池关键技术研究，已经申请发明专利5项，发表科研论文20余篇。
三、创新点以及主要技术指标
1.利用LPCVD方法和自扩散技术生长多晶硅p-n结，结合层转移技术制备多晶硅薄膜太阳能电池；
2．采用金属诱导晶化和快速热处理技术实现优质多晶硅薄膜的制备并在低温下制备太阳能电池；
3.在PECVD和HWCVD生长硅薄膜时，通过生长温度，气体流量，氢气稀释比，腔室气压等参数实现微晶硅或者纳米晶薄膜的生长；
4.采用双层膜技术减小表面处入射光的反射并实现表面钝化，提高入射光的收集率和少数载流子寿命；
5.采用高低结结构增加光生载流子的收集效率；
6.采用隧道结技术实现叠层太阳能电池的制备，扩展电池的光谱收集范围，提高电池的转换效率。
四、知识产权及获奖
国家863项目(2006AA03Z219)
南京航空航天大学
2022-08-12
生物质糠醛基聚合物单体合成技术
糠醛来源于自然界的C5糖，是已大规模工业化生产的生物质基化工产品，其原料来源是农业和林业的废料，包括玉米芯、稻壳、木材废料等。由于这些可再生资源数量非常庞大，且其综合利用不与人类竞争粮食，通过它们生产糠醛，进而发展生物质糠醛基化工产品具有非常大的潜力。
一、项目分类
关键核心技术突破
二、成果简介
随着碳中和概念的提出，生物基材料，乃至生物基可降解材料，凭借其良好的环保特性而受到人们的广泛关注。糠醛来源于自然界的C5糖，是已大规模工业化生产的生物质基化工产品，其原料来源是农业和林业的废料，包括玉米芯、稻壳、木材废料等。由于这些可再生资源数量非常庞大，且其综合利用不与人类竞争粮食，通过它们生产糠醛，进而发展生物质糠醛基化工产品具有非常大的潜力。关键挑战在于糠醛是单官能团化的化合物，在聚合物工业中难以发挥重要作用，因此尽管其生产原料广泛、工业生产技术成熟，但市场容量非常有限，严重限制了以糠醛为基础原料的聚合物工业应用。
华中科技大学
2022-07-27