研究方向一：圍繞鈉離子電池作為大規(guī)模儲能的新型研究領域，負極材料的綜合性能將在很大程度上直接決定鈉離子電池未來的應用前景。本項目以山西省煤炭高效利用為出發(fā)點，結(jié)合煤本身結(jié)構成分特點，以煤基石墨烯負極材料結(jié)構設計入手，通過分子、納米空間、宏觀尺度結(jié)構的設計，采用一系列化學法調(diào)控構建快速導鈉三維石墨烯框架，探索儲能機制。利用精度與深度的微觀結(jié)構表征三維石墨烯負極材料和電解質(zhì)，考察從不同界面深度系統(tǒng)地研究電解質(zhì)/負極界面、準界面和本體分子界面相容性，探索三維石墨烯材料在電解質(zhì)中鈉離子傳輸關系。
研究方向二：針對鋰硫電池循環(huán)過程容量衰減快、高能量密度難以發(fā)揮的問題，設計了基于碳纖維框架的高能鋰硫電池新體系。該體系正極擬采用具有多空孔結(jié)構的碳纖維框架，不僅能極大地提高正極電子導電性和活性物質(zhì)硫的負載量，還能有效地控制硫的流失；其電解質(zhì)是石墨烯框架吸附電解液構筑的類固體電解質(zhì)，通過框架表面分子改性可提高鋰離子傳輸性能，阻止多硫化物的溶解和擴散。本項目通過研究多空正極材料的合成反應機理、關鍵制備工藝參數(shù)對其理化性質(zhì)的影響以及對電池電化學性能的作用規(guī)律，也將探索電解質(zhì)分子結(jié)構、框架結(jié)構、框架表面電性、電解質(zhì)性能之間的內(nèi)在聯(lián)系，確立類固體電解質(zhì)性能調(diào)控策略；同時，研究離子-電子在電解質(zhì)/正極界面的傳輸特性，建立起電池電極反應過程模型，找到影響電極反應速度的控制步驟。
