圖片來源丨讀特

（本文授權轉載自“納米人”←關注它）

李寶華，清華大學深圳研究生院教授，博士生導師，能源與環境學部主任。主要研究方向為碳基電化學儲能材料與器件及其系統集成與應用技術。迄今已發表論文240余篇，其中16篇ESI高被引用論文（TOP 1%），SCI引用7900次，H因子51。申請中國發明專利136項，已獲授權73項；PCT專利12項，已獲授權美國專利3項，日本專利1項。

李寶華教授在碳基電化學儲能材料與器件和新能源汽車領域有近20年研究工作經驗，實現了30項專利技術成果轉移及應用，包括鋅離子電池技術轉讓和產業化，汽車用動力型鋰離子電池的開發和產業化，納米結構磷酸鐵鋰材料的技術轉讓和產業化，高性能鋰離子電池用石墨和石墨烯材料的應用等。

我們選擇了2017年以來，李寶華教授課題組的部分代表性工作，其中包括鈉硫電池、鋰硫電池、鋰金屬電池、超級電容器、原位/準原位表征等方向，希望對大家有所啟發。

鈉硫電池

Nature Communications: “雞尾酒優化”電解質體系實現室溫Na-S電池高放電容量和循環穩定性

李寶華教授、西班牙CIC Energinune研究所Michel Armand教授和悉尼科技大學汪國秀教授提出一種實現室溫Na-S電池高放電容量和循環穩定性的“雞尾酒優化”電解質體系。

以PC和FEC為共溶劑，高濃度NaTFSI為鈉鹽，InI₃為添加劑，并通過第一性原理計算和準原位拉曼表征等技術證明該電解質體系中各組分的作用。

FEC和高濃度鈉鹽大大降低了鈉多硫化物的溶解度,并在鈉負極上構建了堅固的固態電解質界面(SEI)膜，作為氧化還原介質的碘化銦不僅提升了正極上硫化鈉的動力學轉化,并且在負極 上形成保護性的銦鈍化層。

得益于以上協同效應，室溫鈉硫電池表現出高容量(0.1 C, 1170?mAh g^?1)和長循環穩定性。

文章信息：Aroom-temperature sodium-sulfur battery with high capacityand stable cyclingperformance.Nature Communications, 2018.DOI：https://doi.org/10.1038/s41467-018-06443-3

Angewandte Chemie International Edition：高穩定性準固態鈉硫電池

李寶華教授等將具有高電導率及星狀網絡結構的凝膠電解質(季戊四醇四丙烯酸酯單體與異氰脲酸三(2-丙烯酰氧乙基)酯單體溶于有機電解液。

在紫外照射引發下于玻璃纖維膜中原位制得)應用于鈉硫電池中，實現了鈉負極/電解質界面優化，抑制了鈉枝晶的生長和多硫化物的穿梭，達成了高容量、高穩定性和高安全性在室溫鈉硫電池中的統一。

這一凝膠準固態電解質體系實現了鈉硫電池在室溫下優異的循環穩定性和安全性，具有巨大的實際應用前景。

文章信息：A StableQuasi-Solid-State Sodium–Sulfur Battery. Angewandte Chemie International Edition, 2018, 130, 10325.DOI：10.1002/anie.201805008.

鋰硫電池

Energy & Environmental Science：超長壽命Li-S電池—孿生TiO₂-TiN異質結構實現聚硫化物平滑地捕獲-擴散-轉化

李寶華教授、楊全紅教授和呂偉副研究員(共同通訊作者)等人在Energy Environ. Sci.上發表文章，研究指出孿生TiO₂–TiN異質結構結合了TiO₂高吸附和TiN導電的優點，其中LiPS被TiO₂捕獲，然后通過光滑的TiO₂/TiN界面平滑地擴散到TiN，促進LiPS成核并快速轉化成不溶性產物，即使在高硫負載下也能極大地抑制LiPS穿梭。

電池在0.3C的低電流密度下經過300次循環后仍保留927mAh g^-1的容量。對于3.1和4.3mg cm^-2的硫負載，在1C的低電流密度下循環超過2000次，容量保持率分別為73％和67％。因為制備工藝簡單，所得電池具有優異的容量和循環性能，預期可以促進Li-S電池的實際應用。

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文章信息：Twinborn TiO2-TiNheterostructures enabling smoothtrapping-diffusion-conversion of polysulfidestowards ultralong lifelithium-sulfur batteries (Energy & Environmental Science, 2017, DOI:10.1039/C7EE01430A)

Nano Energy：石墨烯和碳化鈦面內異質結構抑制聚硫化物穿梭

李寶華教授、楊全紅教授、呂偉副研究員等人研發了一種由石墨烯和碳化鈦(TiC)在隔膜上構筑的面內異質結構隔離層。利用石墨烯作為模板和碳源，與TiCl₄反應并進行熱處理，所形成的石墨烯-TiC異質結構有利于降低鋰離子和電子擴散勢壘，此外TiC具有高導電性和強LiPSs吸附能力。以上異質結構作為隔膜的覆蓋層能有效地抑制LiPSs的穿梭，從而提高了硫的利用率和鋰硫電池的循環性能。

文章信息：An in-plane heterostructure ofgraphene and titanium carbidefor efficient polysulfide confinement（Nano Energy, 2017, DOI:10.1016/j.nanoen.2017.07.012）

鋰金屬電池

Advanced Materials：3D網絡凝膠聚合物電解液用于無枝晶鋰電池

李寶華教授和楊全紅教授（共同通訊作者），盧青文博士和賀艷兵副教授（共同第一作者）在國際上率先提出具有致密結構的凝膠共聚物電解質能夠從分子尺度有效抑制鋰枝晶生長。

基于環氧基團的開環聚合機理，在無引發劑條件下利用雙酚A 二縮水甘油醚、 聚乙二醇二縮水甘油醚和二氨基聚環氧丙烷的一步開環聚合反應,制備出具有三維交聯致密網絡結構、低可燃且高機械強度的凝膠共聚物電解質(3D-GPE)。3D-GPE能夠有效抑制鋰枝晶生長，用于Li/LiFePO4電池表現出優越的循環性能和倍率性能，成為下一代安全穩定的高性能鋰電池的電解質候選。

文章信息：Dendrite-Free, High-Rate, Long-LifeLithium Metal Batteries with a 3D Cross-LinkedNetwork Polymer Electrolyte(?Advanced Materials, 2017, DOI: 10.1002/adma.201604460)

Energy Storage Materials：雙管齊下，氮氧雜原子共摻雜多孔碳顆粒助力無枝晶金屬鋰負極

李寶華教授（通訊作者）和清華大學研究生劉沅明（第一作者）在Energy Storage Materials期刊報道了利用氮氧共摻雜多孔碳顆粒（ONPCGs）抑制金屬鋰負極枝晶的研究工作。

通過對聚丙烯腈粉體進行預氧化、碳化和活化處理獲得高比表面積（2396?m²g^?1）碳顆粒材料，涂覆在銅集流體表面后可作為骨架材料誘導金屬鋰均勻沉積在顆粒間隙中。

一方面親鋰性的含氧與含氮官能團可誘導鋰的均勻形核，另一方面極高的比表面積可有效降低電極的局部電流密度，從而實現均勻、穩定的鋰沉積。

在以上雙重優勢作用下，ONPCGs修飾后的電極在2?mA cm^?2的電流密度下，鋰沉積/脫出350次后仍能保持高于99%的庫倫效率，甚至在30?mA cm^?2的大電流密度下，仍能穩定循環超過110次。以該ONPCGs為骨架獲得的金屬鋰負極匹配硫化聚丙烯腈正極，所得鋰金屬電池展現了優異的循環與倍率性能。

文章信息：Oxygen and nitrogen co-dopedporous carbon granules enabling dendrite-free lithium metal anode. (Energy Storage Materials, 2018, DOI:10.1016/j.ensm.2018.08.018)

電化學超級電容器

Advanced Energy Materials：高性能超電新材料：蒽醌-2-磺酸鈉(AQS)/rGO復合電極

李寶華教授和悉尼科技大學汪國秀教授合作，首次將具有高氧化還原活性的AQS作為一種新型電極材料用于超級電容器，-SO3-基團功能化的AQS分子通過非共價π-π相互作用被成功固定在高導電性的rGO表面，AQS不僅與rGO片層具有良好的表面相容性，而且可以抑制其片層團聚。

制備得到的AQS@rGO復合材料在1.0 A/g電流密度下具有567.1 F/g的超高比電容，在10 A/g電流密度下經過10000次循環后仍能保持89.1%的比電容。此外，基于AQS@rGO正極和rGO負極的非對稱超級電容器可以提供29.2 Wh/kg和21600 W/kg的最大能量密度和功率密度，以及良好的循環穩定性。以上研究揭示了電化學活性有機分子與高導電性石墨烯的高效協同作用，為高性能超級電容器電極材料的發展開辟了新的有效途徑。

文章信息：Redox-active Organic SodiumAnthraquinone-2-Sulfonate (AQS) Anchored on Reduced Graphene Oxide for HighPerformance Supercapacitors, Advanced Energy Materials, 2018, DOI: 10.1002/(aenm.201802088).

其他精彩內容

Advanced Energy Materials：Co-B納米薄片作為多功能橋梁促進ZnCo₂O₄儲鋰性能

李寶華教授和悉尼科技大學汪國秀教授提出通過一種簡便的原位溶液生長法，在室溫條件下，將多功能Co-B納米薄片引入ZnCo2O4微/納米球中制備致密化材料電極。

電化學測試表明，產生的ZCO/Co-B異質界面不僅改善了電極的機械性能，對電子導電性的提升也很明顯，能夠加速Li+擴散，并且賦予ZCO/Co-B電極材料優越的儲鋰性能。ZCO/Co-B電極可以提供高的重量/體積/面積比容量，分別高達995 mAh/g， 1450?mAh/cm^3?和 5.10?mAh/cm²，同時，這一電極表現出了優異的倍率性能和長循環穩定性。

動力學分析證明，ZCO/Co-B負極的儲鋰行為主要由電容控制貢獻，這有利于快速的電荷存儲。

密度泛函理論(DFT)的計算進一步證明了ZCO/Co-B異質界面的引入可以降低鋰離子擴散能壘，加速鋰離子遷移動力學。這項工作中的界面設計為發展實際可行的致密轉換型負極提供了新的機遇。

文章信息：Co–BNanoflakes as Multifunctional Bridges in ZnCo₂O_4?Micro-/Nanospheres for Superior Lithium Storage with Boosted Kinetics and Stability,?Advanced Energy Materials, 2019, DOI: 10.1002/aenm.201803612.

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李寶華教授簡介

李寶華，清華大學深圳研究生院教授，博士生導師，能源與環境學部主任。

現任國家工信部工業節能與綠色評價中心主任，炭功能材料國家地方聯合工程實驗室副主任，973項目專家組成員，廣東省電動汽車標準化技術委副主任，廣東省先進電池與材料工程技術研究中心主任，材料與器件檢測中心（CNAS認可實驗室，CSA授權）主任，中國材料與試驗團體標準委員會電池及其相關材料領域委員會（CSTM/FC59）主任委員，Wiley出版集團Energy & Environmental Materials 期刊副主編。

在碳基電化學儲能材料與器件和新能源汽車領域有近20年研究工作經驗，主持包括國家重大科學研究計劃（973）項目子課題、國家自然科學基金重點項目子課題、省重點研發計劃、地市級專項以及企業合作等30余項科研項目。

2010年“汽車用動力型鋰離子電池系統的開發和產業化”獲廣東省科學技術二等獎

2014年“石墨烯基碳納米材料宏量制備、界面組裝和應用”獲天津市自然科學一等獎

2015年入選廣東省“特支計劃”科技創新領軍人才

2016年獲“清華大學年度教學優秀獎”

2017年“高性能鋰離子電池用石墨和石墨烯材料”獲國家技術發明二等獎（第三完成人）。

迄今已發表論文240余篇，其中16篇ESI高被引用論文（TOP 1%），SCI引用7900次，H因子51。申請中國發明專利136項，已獲授權73項；PCT專利12項，已獲授權美國專利3項，日本專利1項。

實現了30項專利技術成果轉移及應用，包括鋅離子電池技術轉讓和產業化，汽車用動力型鋰離子電池的開發和產業化，納米結構磷酸鐵鋰材料的技術轉讓和產業化，高性能鋰離子電池用石墨和石墨烯材料的應用等。

根據Web of Science數據統計，截止發稿日，李寶華教授共合作發表SCI收錄文章240多篇，其中領域中ESI高被引論文16篇，ESI熱點論文2篇。論文總被引頻次7900次，篇均引用31.67，H因子51。

李寶華教授近10年歷年發文數量（數據來源：Web of Science）

Web of Science 數據顯示，2019年已發表工作為15篇，2018達到了40篇，而且質量頗高，其中有5篇入選ESI高被引和熱點論文。

注：Web of Science數據一般相對期刊滯后7~50天，再加上一些優質新期刊暫未被Web of Science收錄，因此以上數據較實際數據可能會有偏低。