團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人：鄭得洲 副教授
團(tuán)隊(duì)核心成員：徐維教授、王付鑫博士、馮其博士、王光霞博士
電化學(xué)儲(chǔ)能材料與器件團(tuán)隊(duì)現(xiàn)有師資5人，包括教授1人、副教授1人，中級(jí)職稱(chēng)3人，其中碩士生導(dǎo)師4人。
電化學(xué)儲(chǔ)能材料與器件團(tuán)隊(duì)重點(diǎn)針對(duì)新型納米能源材料及電化學(xué)儲(chǔ)能材料與器件相關(guān)領(lǐng)域，主要圍繞超級(jí)電容器、鋅離子電池、電解水制氫系統(tǒng)和關(guān)鍵材料研究、新型高效貴金屬催化劑等應(yīng)用方向開(kāi)展研究。電化學(xué)儲(chǔ)能材料與器件是當(dāng)下重要的科研領(lǐng)域，與能源儲(chǔ)存與轉(zhuǎn)換、環(huán)境保護(hù)、電化學(xué)催化、綠色能源、新能源汽車(chē)等主題密切相關(guān)。團(tuán)隊(duì)建立以來(lái)，研究團(tuán)隊(duì)已發(fā)表論文40余篇，包括Advanced Materials、J. Mater. Chem. A、Chem. Commun.、Applied Catalysis B: Environmental、Chemical Engineering Journal等。團(tuán)隊(duì)成員主持國(guó)家自然科學(xué)基金、廣東省面上基金、廣東省教育廳青年創(chuàng)新人才項(xiàng)目等多種項(xiàng)目基金，申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利30余項(xiàng)，其中授權(quán)8項(xiàng)。
研究領(lǐng)域
1. 鋅離子電池
面向新能源領(lǐng)域，圍繞大規(guī)模儲(chǔ)能的安全需求的新型能源器件，構(gòu)造多種金屬離子電池（主要為鋅離子電池），開(kāi)發(fā)高穩(wěn)定性、高能量密度、適應(yīng)低溫環(huán)境的儲(chǔ)能器件。
突出成果介紹
如何實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”“碳中和”目標(biāo)已成為全球性焦點(diǎn)和議題，加大可再生能源的綠色開(kāi)發(fā)和高效使用已成為全球共識(shí)，而大力發(fā)展綠色安全的大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)則是可再生能源充分開(kāi)發(fā)利用的必要技術(shù)支撐。目前，可充電水系鋅離子電池因安全性高、資源豐富、成本低廉、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，在大規(guī)模儲(chǔ)能領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。目前團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了多種金屬氧化物基材料（錳基、釩基、鉬基等）用作正極材料、多種改性?xún)?yōu)化的鋅負(fù)極材料（如鋅碳復(fù)合材料等）和適應(yīng)不同應(yīng)用場(chǎng)合的電解液配方。
圖1：一種將NAPD嵌入二氧化錳鉀中的方法，通過(guò)使錳位點(diǎn)的d-電子自旋態(tài)離域并激活電極對(duì)Zn2+嵌入的反應(yīng)性來(lái)增強(qiáng)Zn2+儲(chǔ)存。a.紫外可見(jiàn)光譜能帶分析；b.態(tài)密度電子分布；c.定域函數(shù)模擬；d.儲(chǔ)鋅容量；e.擴(kuò)散能壘。
成果應(yīng)用前景
鋅離子電池作為可持續(xù)儲(chǔ)能技術(shù)之一，因其安全、無(wú)毒、較高的理論容量和環(huán)境友好性，正逐漸成為儲(chǔ)能領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，其成果有望應(yīng)用于多個(gè)場(chǎng)景：
(1) 電動(dòng)汽車(chē)和混合動(dòng)力車(chē)：隨著電動(dòng)汽車(chē)的快速發(fā)展，對(duì)高效、安全的電池需求日益增加。鋅離子電池以其較高的能量密度和良好的循環(huán)穩(wěn)定性，可作為電動(dòng)汽車(chē)的備用電源或主電源，特別是在需要頻繁充放電的城市出租車(chē)和公交車(chē)等公共交通工具中。
(2) 規(guī)模儲(chǔ)能：在可再生能源領(lǐng)域，如風(fēng)力發(fā)電和太陽(yáng)能發(fā)電，鋅離子電池能夠存儲(chǔ)間歇性能源，提供穩(wěn)定的電力輸出，從而提高能源系統(tǒng)的整體效率，促進(jìn)可再生能源的消納。
(3) 便攜式電源：由于鋅離子電池具有快速充電能力，它們適用于需要即時(shí)高功率輸出的便攜式電子設(shè)備，如便攜式電源銀行、電動(dòng)工具和相機(jī)等。
(4) 家庭儲(chǔ)能：在家庭儲(chǔ)能領(lǐng)域，鋅離子電池可以作為太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的儲(chǔ)能設(shè)備，滿(mǎn)足家庭用電需求，特別是在離網(wǎng)或不穩(wěn)定的電網(wǎng)環(huán)境中。
(5) 工業(yè)應(yīng)用：在工業(yè)自動(dòng)化和智能制造領(lǐng)域，鋅離子電池可作為工業(yè)機(jī)器人的動(dòng)力源，支持高強(qiáng)度和長(zhǎng)時(shí)間的作業(yè)需求。
(6) 軍事和無(wú)人機(jī)：由于鋅離子電池具有較高的安全性和可靠性，在軍事應(yīng)用中，如無(wú)人機(jī)的儲(chǔ)能系統(tǒng)，可減少因電池故障引起的危險(xiǎn)。
(7) 低溫環(huán)境下的應(yīng)用：新型可呼吸式鋅離子電池正極材料能夠在極端低溫下工作，這使得鋅離子電池適用于極地科考、衛(wèi)星等需要在極端環(huán)境下運(yùn)行的設(shè)備。
2. 電解水制氫催化劑
面向氫能領(lǐng)域關(guān)鍵材料，圍繞電解水制氫催化劑研發(fā)、電解槽器件性能優(yōu)化等方向展開(kāi)研究，旨在提高催化劑的效率、降低成本，從而提高電解槽的能量效率。
突出成果介紹
質(zhì)子交換膜電解水電堆具有工作電流密度大、響應(yīng)速度快、結(jié)構(gòu)緊湊、電解效率高等優(yōu)點(diǎn)，特別適合與可再生能源發(fā)電技術(shù)耦合，對(duì)實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)能發(fā)揮重要作用。我們研究了先進(jìn)的催化劑材料，表現(xiàn)出優(yōu)異的析氫和析氧電化學(xué)性能，系統(tǒng)地研究了電解池膜電極的制備工藝，掌握了高性能的膜電極制備工藝；通過(guò)模擬，對(duì)單電池的流場(chǎng)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了系統(tǒng)研究，具備電解池和電堆流場(chǎng)的設(shè)計(jì)能力。我們?cè)跉淠茴I(lǐng)域積累了豐富的學(xué)術(shù)成果及技術(shù)專(zhuān)利，在該領(lǐng)域具有較強(qiáng)的基礎(chǔ)研究和工程技術(shù)能力。
成果應(yīng)用前景
電解水制氫技術(shù)是通過(guò)電解水分子產(chǎn)生氫氣的過(guò)程，而催化劑則是加速這一化學(xué)反應(yīng)的關(guān)鍵。隨著催化劑技術(shù)的進(jìn)步，電解水制氫的應(yīng)用場(chǎng)景也在不斷拓展，主要包括以下幾個(gè)方面：
(1) 可再生能源的氫能生產(chǎn)：太陽(yáng)能、風(fēng)能等可再生能源通過(guò)電解水制氫，可以實(shí)現(xiàn)綠色氫氣的生產(chǎn)，這對(duì)于促進(jìn)能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型和實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)具有重要意義。
(2) 工業(yè)制造：在鋼鐵、化肥、石化等工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，氫氣作為清潔燃料或原料的需求巨大。電解水制氫可以提供穩(wěn)定的氫氣來(lái)源，減少對(duì)這些行業(yè)的環(huán)境影響。
(3) 能源儲(chǔ)存：氫氣作為一種能量載體，可以通過(guò)電解水制氫與可再生能源相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)能量的儲(chǔ)存和調(diào)節(jié)，提高能源系統(tǒng)的靈活性和可靠性。
(4) 交通燃料：氫氣是一種高效的燃料電池汽車(chē)燃料，電解水制氫可以為交通運(yùn)輸領(lǐng)域提供清潔、可持續(xù)的能源選項(xiàng)，減少對(duì)化石燃料的依賴(lài)。
(5) 加熱和供電：氫氣可以作為一種清潔的燃料用于住宅和商業(yè)建筑的加熱和供電，改善空氣質(zhì)量，減少溫室氣體排放。
(6) 儲(chǔ)能系統(tǒng)：結(jié)合電池技術(shù)，電解水制氫可以構(gòu)建儲(chǔ)能系統(tǒng)，用于電網(wǎng)的調(diào)峰補(bǔ)谷，提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率。
(7) 海洋開(kāi)發(fā)：海上風(fēng)電與電解水制氫技術(shù)的結(jié)合，可以為海洋平臺(tái)、船只等提供本地化的能源供應(yīng)，促進(jìn)海洋能源的開(kāi)發(fā)和利用。
(8) 化工原料：氫氣在化工產(chǎn)業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用，是許多化學(xué)品和燃料的重要原料，電解水制氫可以為化工行業(yè)提供更多的氫氣資源。
3. 貴金屬納米材料改性研究
金屬及其氧化物納米材料的結(jié)構(gòu)調(diào)控和功能化研究，主要包括貴金屬的結(jié)構(gòu)調(diào)控、催化性能研究、多金屬?gòu)?fù)合結(jié)構(gòu)制備等。
突出成果介紹
針對(duì)乙醇氧化動(dòng)力學(xué)緩慢和催化劑CO中毒問(wèn)題，利用雜原子摻雜、異質(zhì)結(jié)構(gòu)建、特殊幾何結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等手段對(duì)貴金屬Pd納米材料進(jìn)行改性，提高了Pd基催化劑的電荷轉(zhuǎn)移能力，調(diào)節(jié)了其電子結(jié)構(gòu)，改善了CO耐受性和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。
成果應(yīng)用前景
針對(duì)乙醇氧化（EOR）動(dòng)力學(xué)緩慢和催化劑CO中毒問(wèn)題，通過(guò)雜原子摻雜、異質(zhì)結(jié)構(gòu)建、特殊幾何結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等手段對(duì)貴金屬Pd納米材料進(jìn)行改性，所取得的成果在EOR催化應(yīng)用方面展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景：
(1)高效催化性能：Au/PdH0.43的EOR質(zhì)量活性最高可達(dá)2659 mA mg-1，這一數(shù)值顯著高于PdH0.43和商用Pd/C。這種高效的催化性能意味Au/PdH0.43在乙醇氧化反應(yīng)中具有更大的潛力和優(yōu)勢(shì)。由于A(yíng)u/PdH0.43改善了CO耐受性和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，它在實(shí)際應(yīng)用中能夠更有效地處理乙醇氧化過(guò)程中產(chǎn)生的中間體和副產(chǎn)物，從而提高反應(yīng)效率和產(chǎn)物純度。
(2)顯著穩(wěn)定性：PdH0.43和Au/PdH0.43在常溫和氬氣退火條件下均表現(xiàn)出顯著的穩(wěn)定性。這種穩(wěn)定性保證了催化劑在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行過(guò)程中的持續(xù)高效性能，降低了催化劑的更換頻率和成本。穩(wěn)定的催化劑對(duì)于實(shí)現(xiàn)乙醇燃料電池的長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要，因此Au/PdH0.43在乙醇燃料電池領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
聯(lián)系人及聯(lián)系方式
聯(lián)系人：鄭得洲老師
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