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鑒于對(duì)原材料儲(chǔ)量以及電池安全性、穩(wěn)定性的擔(dān)憂，人們正在努力尋找能夠替代鋰離子電池，可大規(guī)模應(yīng)用且環(huán)境友好的下一代電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)，鈉離子電池被科學(xué)界普遍認(rèn)為極具發(fā)展前景。然而，能量密度較低，循環(huán)壽命較短、倍率性能欠佳等問題，制約著鈉離子電池的轉(zhuǎn)化應(yīng)用。南開大學(xué)陳軍院士團(tuán)隊(duì)，十余年潛心研究，一舉突破了鈉離子電池關(guān)鍵電極材料和反應(yīng)調(diào)控機(jī)制等關(guān)鍵核心難題，為發(fā)展高性能鈉離子電池開辟了道路。

能源是人類賴以生存和社會(huì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)、國(guó)家安全和實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要基石。隨著現(xiàn)代社會(huì)的不斷發(fā)展和“碳達(dá)峰、碳中和”戰(zhàn)略目標(biāo)的提出，調(diào)整能源結(jié)構(gòu)迫在眉睫，大力發(fā)展可再生能源是必然選擇。

在開發(fā)利用可再生能源過程中，電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)揮著越來越重要的作用。人類即將迎來新能源科技革命，進(jìn)入TWh時(shí)代。在眾多的電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)中，鋰離子電池已在便攜式電子設(shè)備和新能源汽車中占據(jù)主導(dǎo)地位。

“然而，鋰豐度低，資源分布不均勻，約70%集中在南美洲，我國(guó)80%的鋰資源依賴進(jìn)口，引發(fā)了人們對(duì)鋰儲(chǔ)量的普遍擔(dān)憂。另外，鋰離子電池的安全隱患也難以滿足大規(guī)模儲(chǔ)能的應(yīng)用需求。”陳軍說。

據(jù)介紹，鈉與鋰位于同一主族，具有很多相似的物理化學(xué)性質(zhì)，且鈉資源豐富、分布廣泛、成本低廉，另外鈉離子電池快速充放電時(shí)負(fù)極不易析鈉，安全性高。鈉離子電池工藝、技術(shù)各方面也與鋰離子電池相近，可以借鑒使用。因此，鈉離子電池被認(rèn)為是極具潛力的下一代電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)，對(duì)大規(guī)模新能源與可再生能源的電化學(xué)儲(chǔ)能具有重要意義。

“然而，由于鈉離子半徑大，儲(chǔ)鈉過程材料結(jié)構(gòu)變化復(fù)雜，導(dǎo)致鈉離子傳輸擴(kuò)散速率慢，電極材料儲(chǔ)鈉活性位點(diǎn)及利用率不足，電極/電解質(zhì)表界面穩(wěn)定性差，這些問題造成鈉離子電池能量密度、循環(huán)壽命與倍率性能欠佳。”陳軍說。

針對(duì)上述科學(xué)難題，陳軍院士團(tuán)隊(duì)十余年潛心研究，提出了鈉離子電池中關(guān)鍵電極材料的微納結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則以及電壓/電解液協(xié)同誘導(dǎo)下電化學(xué)反應(yīng)機(jī)制的調(diào)控方法，構(gòu)筑了超高比能量錳基氧化物正極和超快鈉離子輸運(yùn)能力的多孔微納碳包覆聚陰離子型正極，高容量金屬硫族化合物負(fù)極及原位預(yù)鈉化快速可逆脫嵌鈉硬碳負(fù)極，研獲了基于無機(jī)-有機(jī)雜化鈉鹽的新型對(duì)稱有機(jī)鈉離子電池。這些創(chuàng)新工作為發(fā)展高性能鈉離子電池提供了重要理論基礎(chǔ)和實(shí)驗(yàn)支撐，促使鈉離子電池儲(chǔ)能上了一個(gè)新臺(tái)階。

日前，教育部2020年度高等學(xué)?？茖W(xué)研究?jī)?yōu)秀成果獎(jiǎng)（科學(xué)技術(shù)）獲獎(jiǎng)名單揭曉。陳軍院士領(lǐng)銜完成的“鈉離子電池關(guān)鍵電極材料與反應(yīng)機(jī)制”項(xiàng)目一舉摘得2020年度高等學(xué)?？茖W(xué)研究?jī)?yōu)秀成果獎(jiǎng)（科學(xué)技術(shù)）自然科學(xué)一等獎(jiǎng)。

在深耕基礎(chǔ)研究的同時(shí)，陳軍院士團(tuán)隊(duì)積極推動(dòng)科研成果向應(yīng)用技術(shù)轉(zhuǎn)化的進(jìn)度，相關(guān)成果獲多項(xiàng)中國(guó)發(fā)明專利授權(quán)，并與多家知名電池企業(yè)開展產(chǎn)學(xué)研合作，共建國(guó)家企業(yè)技術(shù)中心。同時(shí)，與河北省滄州市政府共建南開大學(xué)-滄州渤海新區(qū)綠色化工研究院，部分鈉電池關(guān)鍵電極材料正在進(jìn)行中試放大與應(yīng)用轉(zhuǎn)化，服務(wù)京津冀協(xié)同發(fā)展。

高校處于科技第一生產(chǎn)力、人才第一資源和創(chuàng)新第一動(dòng)力的結(jié)合點(diǎn)。多年來，陳軍院士帶領(lǐng)的項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)始終注重教研結(jié)合、教科融合，潛心培養(yǎng)人才，主講《化學(xué)與能源》教育部精品視頻課，以及《化學(xué)概論》《能源化學(xué)》《新能源科學(xué)與工程導(dǎo)論》等核心課程，編著和再版《能源化學(xué)》《新能源科學(xué)與工程》系列叢書等相關(guān)教材；主持教育部首批新工科“新能源科學(xué)與工程專業(yè)建設(shè)與探索”研究與實(shí)踐項(xiàng)目，目前已通過結(jié)題驗(yàn)收，并正在持續(xù)拓展深化。多年來，培育培養(yǎng)多名電化學(xué)儲(chǔ)能領(lǐng)域創(chuàng)新人才，包括國(guó)家“杰青”1名、國(guó)家“四青人才”6名、中國(guó)科協(xié)“青托”人才4名、中國(guó)青少年科技創(chuàng)新獎(jiǎng)2名；近5年共培養(yǎng)出站博士后和畢業(yè)博士與和碩士研究生38名。 

原標(biāo)題：南開大學(xué)陳軍院士團(tuán)隊(duì)突破鈉離子電池關(guān)鍵核心技術(shù)