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天津大学王成扬/陈明鸣/吉科猛教授团队:碳纳米管在当代电化学储能中的作用

研之成理  · 公众号  · 科研  · 2024-12-29 21:55

正文



  


研究背景

碳纳米技术在推动绿色能源转型中提供了创新路径。碳纳米管(CNTs)因其卓越的物理性能在电化学储能(EES)领域显示出巨大潜力。CNTs的应用不仅显著提升了EES器件的能量密度和循环寿命,还通过改善电荷传输效率增强了器件的功率性能。随着对高能量密度锂电池技术需求的增长,CNTs经过30余年的技术积累正迎来其产业化发展的春天。深入掌握CNTs的合成技术及其在EES器件中的作用机制,对于引领EES技术的未来发展具有决定性意义。


图文摘要



  


全文速览
近日,天津大学王成扬-陈明鸣-吉科猛教授团队在《新型炭材料(中英文)》(New Carbon materials)上发表最新综述“A review of carbon nanotubes in modern electrochemical energy storage”,系统地总结了CNTs材料在储能应用领域的研究进展。凭借优异的电导率和晶体结构完整性,CNTs材料在储能领域占据领先地位,为电化学能量存储器件的性能提升展现了前景。综述深入探讨了CNTs材料的合成技术、物化特性及其EES应用,详细分析了CNTs合成技术的发展历程,包括电弧放电、激光烧蚀和化学气相沉积,并着重介绍了金属有机框架衍生CNTs以及具有三维有序大孔结构的新型CNTs聚集体材料的最新进展。文章进一步审视了CNTs在提升锂离子电池、锂硫电池、锂金属电池、钠电池、超级电容器和柔性电池等不同EES器件性能中的应用,强调了当前CNTs技术应用所面临的挑战,如:可控合成的规模化以及在电极材料中的整合,并提出了可能的解决方案和未来的研究方向。借鉴作者团队的近期研究以及该领域的最新研究成果,本综述提出了CNTs在推动可持续 EES技术未来发展中发挥关键作用的前瞻性观点。


论文信息:

SONG Yao-ming, QIU Shi-xin, FENG Shu-xin, ZUO Rui, ZHANG Ya-ting, JIA Ke, XIA Xue, CHEN Ming-ming, JI Ke-meng, WANG Cheng-yang. A review of carbon nanotubes in modern electrochemical energy storage. New Carbon Mater., 2024, 39(6): 1037-1074.
宋耀明, 邱石鑫, 冯书鑫, 左睿, 张雅婷, 贾可, 夏雪, 陈明鸣, 吉科猛, 王成扬. 碳纳米管在当代电化学储能中的作用. 新型炭材料, 2024, 39(6): 1037-1074.
DOI:10.1016/S1872-5805(24)60878-4



  


作者简介
吉科猛,天津大学“北洋学者”英才计划特聘研究员、青年骨干教师,博士生导师;日本东北大学材料学专业博士(2018),北京工业大学应用化学专业博士(2014),日本学术振兴会JSPS特别研究员;主持国家、天津市及企业横向项目10余项。围绕纳米多孔功能材料的设计研制及其在电化学储能以及催化领域的应用,迄今在Nature Communications、Advanced Materials、Cell Reports Physical Science、Nano Energy、Energy Storage Materials、Applied Catalysis B:Environmental、Small、Chemical Engineering Journal等期刊上发表学术论文60余篇,Nature Conference口头报告2次、墙报展示1次,获授权国家发明专利28项等。特别地,(1)发明双层石墨烯泡沫碳,阐明锂离子电池石墨负极的基元电化学储锂-储能机制,并提出石墨间层质心插入(ICIC)理论模型;(2)发明蜂巢碳质框架(OMGCs)功能材料,提出石墨烯碳在金属盐特定晶面上的低温形成-生长机制;(3)发明基于中性电解液的合金电化学腐蚀(NSEDA)技术,提出集成式一体化电化学储能电极(IMEs)设计思想;(4)发明一系列具有三维有序大孔结构的集成式可见光响应型催化剂,揭示不同有机小分子的催化(竞争)降解机制等。此外,担任eScience青年编委,以及Nature系列期刊、Advanced Materials系列期刊、PNAS等学术期刊审稿人等。
陈明鸣,天津大学教授、博士生导师;国家863项目首席专家,超级电容器及储能技术专家委员会委员,日本碳素学会外籍会员;瑞典皇家理工学院、日本国立大分大学访问学者;负责及参加国家863项目3项、国家自然科学基金2项、天津市科技支撑及重点项目4项等。长期从事富碳重质资源——沥青及焦油基炭质材料(包括中间相碳微球、软炭、硬炭、多孔炭)的应用基础研究工作,重点聚焦于锂离子电池与超级电容器等储能器件及其关键电极材料。
期刊官网:
http://xxtcl.sxicc.ac.cn/
国际版主页:
https://www.sciencedirect.com/journal/new-carbon-materials
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