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李寶華，清華大學(xué)深圳研究生院教授，博士生導(dǎo)師，能源與環(huán)境學(xué)部主任。主要研究方向?yàn)樘蓟娀瘜W(xué)儲(chǔ)能材料與器件及其系統(tǒng)集成與應(yīng)用技術(shù)。迄今已發(fā)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(qǐng)中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利136項(xiàng)，已獲授權(quán)73項(xiàng)；PCT專(zhuān)利12項(xiàng)，已獲授權(quán)美國(guó)專(zhuān)利3項(xiàng)，日本專(zhuān)利1項(xiàng)。

李寶華教授在碳基電化學(xué)儲(chǔ)能材料與器件和新能源汽車(chē)領(lǐng)域有近20年研究工作經(jīng)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了30項(xiàng)專(zhuān)利技術(shù)成果轉(zhuǎn)移及應(yīng)用，包括鋅離子電池技術(shù)轉(zhuǎn)讓和產(chǎn)業(yè)化，汽車(chē)用動(dòng)力型鋰離子電池的開(kāi)發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，納米結(jié)構(gòu)磷酸鐵鋰材料的技術(shù)轉(zhuǎn)讓和產(chǎn)業(yè)化，高性能鋰離子電池用石墨和石墨烯材料的應(yīng)用等。

我們選擇了2017年以來(lái)，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(jí)電容器、原位/準(zhǔn)原位表征等方向，希望對(duì)大家有所啟發(fā)。

鈉硫電池

Nature Communications: “雞尾酒優(yōu)化”電解質(zhì)體系實(shí)現(xiàn)室溫Na-S電池高放電容量和循環(huán)穩(wěn)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(xué)汪國(guó)秀教授提出一種實(shí)現(xiàn)室溫Na-S電池高放電容量和循環(huán)穩(wěn)定性的“雞尾酒優(yōu)化”電解質(zhì)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(guò)第一性原理計(jì)算和準(zhǔn)原位拉曼表征等技術(shù)證明該電解質(zhì)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(fù)極上構(gòu)建了堅(jiān)固的固態(tài)電解質(zhì)界面(SEI)膜，作為氧化還原介質(zhì)的碘化銦不僅提升了正極上硫化鈉的動(dòng)力學(xué)轉(zhuǎn)化,并且在負(fù)極 上形成保護(hù)性的銦鈍化層。

得益于以上協(xié)同效應(yīng)，室溫鈉硫電池表現(xiàn)出高容量(0.1 C, 1170?mAh g^?1)和長(zhǎng)循環(huán)穩(wěn)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(wěn)定性準(zhǔn)固態(tài)鈉硫電池

李寶華教授等將具有高電導(dǎo)率及星狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的凝膠電解質(zhì)(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(jī)電解液。

在紫外照射引發(fā)下于玻璃纖維膜中原位制得)應(yīng)用于鈉硫電池中，實(shí)現(xiàn)了鈉負(fù)極/電解質(zhì)界面優(yōu)化，抑制了鈉枝晶的生長(zhǎng)和多硫化物的穿梭，達(dá)成了高容量、高穩(wěn)定性和高安全性在室溫鈉硫電池中的統(tǒng)一。

這一凝膠準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)體系實(shí)現(xiàn)了鈉硫電池在室溫下優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性和安全性，具有巨大的實(shí)際應(yīng)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(zhǎng)壽命Li-S電池—孿生TiO₂-TiN異質(zhì)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)聚硫化物平滑地捕獲-擴(kuò)散-轉(zhuǎn)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(fā)表文章，研究指出孿生TiO₂–TiN異質(zhì)結(jié)構(gòu)結(jié)合了TiO₂高吸附和TiN導(dǎo)電的優(yōu)點(diǎn)，其中LiPS被TiO₂捕獲，然后通過(guò)光滑的TiO₂/TiN界面平滑地?cái)U(kuò)散到TiN，促進(jìn)LiPS成核并快速轉(zhuǎn)化成不溶性產(chǎn)物，即使在高硫負(fù)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(jīng)過(guò)300次循環(huán)后仍保留927mAh g^-1的容量。對(duì)于3.1和4.3mg cm^-2的硫負(fù)載，在1C的低電流密度下循環(huán)超過(guò)2000次，容量保持率分別為73％和67％。因?yàn)橹苽涔に嚭?jiǎn)單，所得電池具有優(yōu)異的容量和循環(huán)性能，預(yù)期可以促進(jìn)Li-S電池的實(shí)際應(yīng)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(nèi)異質(zhì)結(jié)構(gòu)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(fā)了一種由石墨烯和碳化鈦(TiC)在隔膜上構(gòu)筑的面內(nèi)異質(zhì)結(jié)構(gòu)隔離層。利用石墨烯作為模板和碳源，與TiCl₄反應(yīng)并進(jìn)行熱處理，所形成的石墨烯-TiC異質(zhì)結(jié)構(gòu)有利于降低鋰離子和電子擴(kuò)散勢(shì)壘，此外TiC具有高導(dǎo)電性和強(qiáng)LiPSs吸附能力。以上異質(zhì)結(jié)構(gòu)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(huán)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(wǎng)絡(luò)凝膠聚合物電解液用于無(wú)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(guó)際上率先提出具有致密結(jié)構(gòu)的凝膠共聚物電解質(zhì)能夠從分子尺度有效抑制鋰枝晶生長(zhǎng)。

基于環(huán)氧基團(tuán)的開(kāi)環(huán)聚合機(jī)理，在無(wú)引發(fā)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(huán)氧丙烷的一步開(kāi)環(huán)聚合反應(yīng),制備出具有三維交聯(lián)致密網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、低可燃且高機(jī)械強(qiáng)度的凝膠共聚物電解質(zhì)(3D-GPE)。3D-GPE能夠有效抑制鋰枝晶生長(zhǎng)，用于Li/LiFePO4電池表現(xiàn)出優(yōu)越的循環(huán)性能和倍率性能，成為下一代安全穩(wěn)定的高性能鋰電池的電解質(zhì)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(wú)枝晶金屬鋰負(fù)極

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

通過(guò)對(duì)聚丙烯腈粉體進(jìn)行預(yù)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(dǎo)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(tuán)可誘導(dǎo)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(shí)現(xiàn)均勻、穩(wěn)定的鋰沉積。

在以上雙重優(yōu)勢(shì)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(kù)倫效率，甚至在30?mA cm^?2的大電流密度下，仍能穩(wěn)定循環(huán)超過(guò)110次。以該ONPCGs為骨架獲得的金屬鋰負(fù)極匹配硫化聚丙烯腈正極，所得鋰金屬電池展現(xiàn)了優(yōu)異的循環(huán)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(xué)超級(jí)電容器

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

李寶華教授和悉尼科技大學(xué)汪國(guó)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(jí)電容器，-SO3-基團(tuán)功能化的AQS分子通過(guò)非共價(jià)π-π相互作用被成功固定在高導(dǎo)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(tuán)聚。

制備得到的AQS@rGO復(fù)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(jīng)過(guò)10000次循環(huán)后仍能保持89.1%的比電容。此外，基于AQS@rGO正極和rGO負(fù)極的非對(duì)稱(chēng)超級(jí)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(huán)穩(wěn)定性。以上研究揭示了電化學(xué)活性有機(jī)分子與高導(dǎo)電性石墨烯的高效協(xié)同作用，為高性能超級(jí)電容器電極材料的發(fā)展開(kāi)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(nèi)容

Advanced Energy Materials：Co-B納米薄片作為多功能橋梁促進(jìn)ZnCo₂O₄儲(chǔ)鋰性能

李寶華教授和悉尼科技大學(xué)汪國(guó)秀教授提出通過(guò)一種簡(jiǎn)便的原位溶液生長(zhǎng)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(xué)測(cè)試表明，產(chǎn)生的ZCO/Co-B異質(zhì)界面不僅改善了電極的機(jī)械性能，對(duì)電子導(dǎo)電性的提升也很明顯，能夠加速Li+擴(kuò)散，并且賦予ZCO/Co-B電極材料優(yōu)越的儲(chǔ)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(dá)995 mAh/g， 1450?mAh/cm^3?和 5.10?mAh/cm²，同時(shí)，這一電極表現(xiàn)出了優(yōu)異的倍率性能和長(zhǎng)循環(huán)穩(wěn)定性。

動(dòng)力學(xué)分析證明，ZCO/Co-B負(fù)極的儲(chǔ)鋰行為主要由電容控制貢獻(xiàn)，這有利于快速的電荷存儲(chǔ)。

密度泛函理論(DFT)的計(jì)算進(jìn)一步證明了ZCO/Co-B異質(zhì)界面的引入可以降低鋰離子擴(kuò)散能壘，加速鋰離子遷移動(dòng)力學(xué)。這項(xiàng)工作中的界面設(shè)計(jì)為發(fā)展實(shí)際可行的致密轉(zhuǎn)換型負(fù)極提供了新的機(jī)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(jiǎn)介

李寶華，清華大學(xué)深圳研究生院教授，博士生導(dǎo)師，能源與環(huán)境學(xué)部主任。

現(xiàn)任國(guó)家工信部工業(yè)節(jié)能與綠色評(píng)價(jià)中心主任，炭功能材料國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室副主任，973項(xiàng)目專(zhuān)家組成員，廣東省電動(dòng)汽車(chē)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委副主任，廣東省先進(jìn)電池與材料工程技術(shù)研究中心主任，材料與器件檢測(cè)中心（CNAS認(rèn)可實(shí)驗(yàn)室，CSA授權(quán)）主任，中國(guó)材料與試驗(yàn)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)電池及其相關(guān)材料領(lǐng)域委員會(huì)（CSTM/FC59）主任委員，Wiley出版集團(tuán)Energy & Environmental Materials 期刊副主編。

在碳基電化學(xué)儲(chǔ)能材料與器件和新能源汽車(chē)領(lǐng)域有近20年研究工作經(jīng)驗(yàn)，主持包括國(guó)家重大科學(xué)研究計(jì)劃（973）項(xiàng)目子課題、國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目子課題、省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、地市級(jí)專(zhuān)項(xiàng)以及企業(yè)合作等30余項(xiàng)科研項(xiàng)目。

2010年“汽車(chē)用動(dòng)力型鋰離子電池系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和產(chǎn)業(yè)化”獲廣東省科學(xué)技術(shù)二等獎(jiǎng)

2014年“石墨烯基碳納米材料宏量制備、界面組裝和應(yīng)用”獲天津市自然科學(xué)一等獎(jiǎng)

2015年入選廣東省“特支計(jì)劃”科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才

2016年獲“清華大學(xué)年度教學(xué)優(yōu)秀獎(jiǎng)”

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

迄今已發(fā)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(qǐng)中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利136項(xiàng)，已獲授權(quán)73項(xiàng)；PCT專(zhuān)利12項(xiàng)，已獲授權(quán)美國(guó)專(zhuān)利3項(xiàng)，日本專(zhuān)利1項(xiàng)。

實(shí)現(xiàn)了30項(xiàng)專(zhuān)利技術(shù)成果轉(zhuǎn)移及應(yīng)用，包括鋅離子電池技術(shù)轉(zhuǎn)讓和產(chǎn)業(yè)化，汽車(chē)用動(dòng)力型鋰離子電池的開(kāi)發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，納米結(jié)構(gòu)磷酸鐵鋰材料的技術(shù)轉(zhuǎn)讓和產(chǎn)業(yè)化，高性能鋰離子電池用石墨和石墨烯材料的應(yīng)用等。

根據(jù)Web of Science數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，截止發(fā)稿日，李寶華教授共合作發(fā)表SCI收錄文章240多篇，其中領(lǐng)域中ESI高被引論文16篇，ESI熱點(diǎn)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(fā)文數(shù)量（數(shù)據(jù)來(lái)源：Web of Science）

Web of Science 數(shù)據(jù)顯示，2019年已發(fā)表工作為15篇，2018達(dá)到了40篇，而且質(zhì)量頗高，其中有5篇入選ESI高被引和熱點(diǎn)論文。

注：Web of Science數(shù)據(jù)一般相對(duì)期刊滯后7~50天，再加上一些優(yōu)質(zhì)新期刊暫未被Web of Science收錄，因此以上數(shù)據(jù)較實(shí)際數(shù)據(jù)可能會(huì)有偏低。