近期,材料学院液固结构演变与加工教育部重点实验室边秀房课题组在高性能锂电池负极材料研究方面取得突破性进展,相关研究成果以“Nanoporous Germanium as High-Capacity Lithium-Ion Battery Anode”为题发表在能源材料领域高学术水平期刊 《Nano Energy》(IF=10.211)(2015, DOI: doi:10.1016/j.nanoen.2015.03.039) 上。
目前已经实际用于锂离子电池的负极材料基本上都是碳材料,如人工石墨,天然石墨,碳纤维等,但是石墨的理论容量只有372 mAh g-1, 国内外都在寻求石墨电极的替代品以提高商业锂电池的性能。商业锂电池石墨电极的替代品应该具有高的比容量,良好的循环性,价格低廉并且能够大规模生产。这成为了提高现有商业锂电池性能的一个关键问题。在边秀房教授和冯金奎副教授的指导下,课题组硕士研究生(研二)刘帅及其合作者将Al71.6Ge28.4合金条带脱合金制备出了纳米多孔锗,其内部的多孔结构既提高了电极与电解液的接触面积又能缓冲在充放电过程中电极嵌锂和脱锂带来的体积变化,在充放电倍率为0.1 C循环160周后,纳米多孔锗负极材料的比容量依然可以保持1191 mAh g-1,其在更高的充放电倍率(0.3 C, 0.5 C, 1 C)下仍然具有较高的比容量和优异的循环性能。该纳米多孔锗电极材料制备方法简单,可以大规模生产,具有良好的商业化前景,此研究成果为提高商业锂电池性能开辟了新途径。
边秀房教授课题组主要从事金属的凝固与结晶、非晶金属材料等新材料的开发及研制工作。获国家发明四等奖两项、省科技进步一等奖一项、全国高校科技进步一等奖一项,作为第一作者出版学术专著两部:“金属熔体结构”,“铸造金属遗传学”,受到了同行的关注。已完成国家自然科学基金项目8 项,其中重点基金项目两项。冯金奎副教授目前的研究方向主要集中在锂电池的安全性研究、先进能源材料的制备与性能、高能化学电源材料(包括锂电池、镁离子电池、钠离子电池、锂硫电池等)、电化学新方法等。近五年来,发表SCI论文20余篇,获得发明专利授权3项。申请国内外专利2项。材料学院的这两个课题组的联合属强强联合,探索出材料制备和能源学科的交叉点,这种探索有利于研究生的培养和发挥交叉学科的优点。