助力雙碳減排，廣東以色列理工學(xué)院新能源科研蓄勢待發(fā)

實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰和碳中和是世界各國應(yīng)對(duì)氣候變化，提高環(huán)境健康的重大戰(zhàn)略決策，是一場廣泛而深刻的經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)性變革。其中，新能源產(chǎn)業(yè)是支撐雙碳目標(biāo)的重要支柱。中國政府2022年發(fā)布了《關(guān)于促進(jìn)新時(shí)代新能源高質(zhì)量發(fā)展的實(shí)施方案》，提出加大前沿技術(shù)創(chuàng)新的政策支持，加大基礎(chǔ)理論研究投入，建立產(chǎn)學(xué)研一體化平臺(tái)，提前布局前瞻性、戰(zhàn)略性、顛覆性技術(shù)的研究等舉措。新能源領(lǐng)域研究正進(jìn)入加速發(fā)展期，高效電池能源、氫能和風(fēng)能等領(lǐng)域是最受到全球廣泛關(guān)注的領(lǐng)域。

廣東以色列理工學(xué)院（以下簡稱“廣以”）致力建設(shè)成為一所高水平、國際化的理工科研究型大學(xué)，吸引了一大批高水平學(xué)者匯聚于此，共同推動(dòng)創(chuàng)新研究、環(huán)境保護(hù)和社會(huì)繁榮。其中新能源領(lǐng)域的研究匯聚了一批高水平的學(xué)者，打造了技術(shù)領(lǐng)先的科技實(shí)驗(yàn)室，形成了多個(gè)高質(zhì)量產(chǎn)學(xué)研項(xiàng)目，整體布局已初見規(guī)模。

電池技術(shù)

在新能源儲(chǔ)能電容器與電池技術(shù)研究領(lǐng)域，廣以材料科學(xué)與工程系譚啟教授致力于靜電薄膜電容器和電化學(xué)超級(jí)電容器材料的研究。團(tuán)隊(duì)采用原子層沉積技術(shù)對(duì)商用聚合物薄膜、活性炭等電極材料改性，將工作電壓提高30%以上，有效地提高了電容器的能量密度和工作溫度。該技術(shù)已獲得中國和美國專利授權(quán)。在電池技術(shù)方面，團(tuán)隊(duì)全方位研究鋰離子和鋰金屬電池電極以及電解質(zhì)材料。采用MOF改性鋰金屬負(fù)極，提高融鋰速率，抑制鋰枝晶生長，提高鋰金屬電池的循環(huán)穩(wěn)定性。同時(shí)，在鋰電池電解液體系中，團(tuán)隊(duì)采用適當(dāng)添加劑成功研發(fā)出5V以上高電壓穩(wěn)定的鋰電池電解液，有效提高了電池的能量密度，目前該技術(shù)已進(jìn)入專利申請(qǐng)。

在二次電池能源領(lǐng)域，廣以材料科學(xué)與工程系的祁原深副教授在電池極片處理和集流體處理術(shù)業(yè)專攻?？蒲袌F(tuán)隊(duì)通過對(duì)電池極片進(jìn)行處理，使得鋰電池中磷酸鐵鋰正極極片和高鎳三元正極極片的導(dǎo)電性得到至少20%以上提高，從而降低電池放電中的發(fā)熱問題，提升電池的功率性能?，F(xiàn)該項(xiàng)目已經(jīng)完成實(shí)驗(yàn)階段，已獲國家發(fā)明專利授權(quán)。

采用新材料應(yīng)用到陽極是另外一種科研思路。硅基負(fù)極是當(dāng)前石墨陽極的一種具有前景的代替品。然而，由于鋰化-脫鋰循環(huán)過程中膨脹-消膨脹導(dǎo)致巨大體積變化，使得通常使用的硅基負(fù)極（甚至納米顆粒負(fù)極）庫侖效率降低，并且負(fù)極最終崩潰。廣以材料科學(xué)與工程系Panagiotis Grammatikopoulos教授開發(fā)了一種結(jié)合納米顆粒系統(tǒng)和粗尺度系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)的方法，即利用氣相合成方法將金屬納米粒子嵌入鋰離子電池負(fù)極雕刻硅薄膜中，有效地解決了上述問題。

在鋰電池電解質(zhì)領(lǐng)域，廣以材料科學(xué)與工程系的朱海錦副教授致力于研究基于離子液體和聚合物離子液體的鋰電池電解質(zhì)體系。離子液體具有蒸氣壓低，不可燃以及離子電導(dǎo)率高等優(yōu)點(diǎn)，可以用來替代傳統(tǒng)的易燃有機(jī)溶劑，在電化學(xué)儲(chǔ)能領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景。其團(tuán)隊(duì)目前在離子液體化學(xué)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)合成以及在鋰離子電池的應(yīng)用中取得了重要進(jìn)展，已在電解質(zhì)和燃料電池方向上發(fā)表SCI論文100余篇。

離子凝膠電解質(zhì)則是一種基于離子液體和膠凝固體基質(zhì)的電解質(zhì)，具有不易燃、廣泛的加工兼容性以及良好的電化學(xué)和熱性能等優(yōu)勢。廣以材料科學(xué)與工程系Woo Jin Hyun副教授開發(fā)了基于二維氫氧化物納米片的新型離子凝膠電解質(zhì)，這不僅為氫氧化物納米片與離子液體之間尚未探索的相互作用機(jī)制提供了基本認(rèn)識(shí)，而且解決了傳統(tǒng)的離子凝膠電解質(zhì)在固態(tài)鋰電池應(yīng)用中所面臨的挑戰(zhàn)（例如機(jī)械強(qiáng)度差、離子電導(dǎo)率低和鋰轉(zhuǎn)移數(shù)）。該體系將成為研究固體基質(zhì)與離子液體之間相互作用、改善離子凝膠電解質(zhì)性能和開發(fā)高性能固態(tài)鋰電池的重要平臺(tái)。

在鋰電池電解質(zhì)規(guī)?；芯款I(lǐng)域，廣以化學(xué)工程系孔博副教授利用先進(jìn)的CFD建模仿真與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，研究六氟磷酸鋰/六氟磷酸鈉鹽的結(jié)晶過程?？梢詫?duì)結(jié)晶過程進(jìn)行準(zhǔn)確、高效的數(shù)值模擬，實(shí)現(xiàn)對(duì)流場，溫度場，晶體大小分布和雜質(zhì)含量等產(chǎn)物特性的可靠預(yù)測，通過仿真分析揭示動(dòng)態(tài)過程復(fù)雜流場演化機(jī)理機(jī)制，從而優(yōu)化產(chǎn)品的形貌并降低雜質(zhì)，最終以開發(fā)高效節(jié)能的動(dòng)態(tài)結(jié)晶工藝以替代傳統(tǒng)耗能巨大靜態(tài)結(jié)晶工藝。

3D打印高性能固態(tài)電池是另外一個(gè)熱門的研究領(lǐng)域。廣以材料科學(xué)與工程系研究員Vijaykumar Jadhav博士的目標(biāo)是開發(fā)一種超小型下一代高性能固態(tài)電池，其中包括比水性鋰基電池本質(zhì)上更安全的替代化學(xué)物質(zhì)，具有高體積能量密度和穩(wěn)定的長壽命，并配有輕質(zhì)3D打印外殼。Jadhav博士的研究為3D打印固態(tài)電池柔性鎳鋅電極提供了先進(jìn)的合成路線，具有更好的操作和環(huán)境穩(wěn)定性（塑料而非不銹鋼）和安全性、延長循環(huán)壽命、寬操作溫度范圍和重量輕。這種低成本、環(huán)保、可擴(kuò)展的方法將生產(chǎn)出下一代高性能電池，能夠?qū)㈦姵亟鉀Q方案無縫集成到下一代個(gè)人或可穿戴技術(shù)的任何設(shè)計(jì)中，或需要在物理設(shè)備中內(nèi)置小容量電源的設(shè)備或系統(tǒng)中。

氫能技術(shù)

在氫能領(lǐng)域，催化轉(zhuǎn)化制氫是氫能研究的一個(gè)重要領(lǐng)域，其中“變廢為寶”的塑料廢品或者生物質(zhì)廢棄物制氫是廣受關(guān)注的一個(gè)思路。廣以化學(xué)工程系高希副教授的團(tuán)隊(duì)制備了一種氧化鐵/氧化鋁異質(zhì)結(jié)復(fù)合材料，以代替常用的成本高昂的熱解催化劑貴金屬釕、鉑基材料。該催化劑對(duì)塑料降解制氫催化活性高，再生效果好，目前該項(xiàng)研究已獲得發(fā)明專利授權(quán)。同時(shí)該團(tuán)隊(duì)開發(fā)了多相流體力學(xué)模型對(duì)塑料、生物質(zhì)制氫裝備進(jìn)行了設(shè)計(jì)和優(yōu)化，軟件已在國際著名開源流體力學(xué)軟件MFIX中發(fā)布。

分離制氫是氫能研究的另一個(gè)重要領(lǐng)域。廣以化學(xué)工程系何雪忠副教授團(tuán)隊(duì)研究的高效膜分離技術(shù)在氫能轉(zhuǎn)型中具有重要的應(yīng)用潛力。在氫氣生產(chǎn)中，膜技術(shù)可以用于膜分離和膜反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)高效的氫氣分離和純化，氣體分離膜可以從復(fù)雜氣體混合物中提取高純度的氫氣；膜反應(yīng)技術(shù)則可以在化學(xué)反應(yīng)中實(shí)現(xiàn)氫氣的高選擇性產(chǎn)生。實(shí)驗(yàn)室結(jié)果已驗(yàn)證了其良好的技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性。除氫氣生產(chǎn)外，還可以利用膜技術(shù)實(shí)現(xiàn)氫氣的高效儲(chǔ)存、分配和利用。

風(fēng)能技術(shù)

在風(fēng)電領(lǐng)域，全球海上風(fēng)電場建設(shè)是近年來的發(fā)展熱點(diǎn)，然而海上實(shí)測數(shù)據(jù)稀缺，觀測成本高、難度大，以及設(shè)備易腐蝕老化等難題有待解決。廣以機(jī)械工程系李程副教授牽頭，攜手機(jī)械系、化工系、環(huán)境系等科研團(tuán)隊(duì)承擔(dān)了“利用無人機(jī)實(shí)測優(yōu)化風(fēng)機(jī)控制和排布及界面防護(hù)新技術(shù)研究”項(xiàng)目，通過研究與開發(fā)基于實(shí)測數(shù)據(jù)的大氣湍流與海上風(fēng)電場的相互作用的動(dòng)力學(xué)模型及效率優(yōu)化控制算法、研究風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)表面污垢形成機(jī)制和防護(hù)及風(fēng)機(jī)效率與疲勞壽命的預(yù)測模型，開發(fā)高精度多傳感器無人機(jī)海上風(fēng)電實(shí)地?cái)?shù)據(jù)測量平臺(tái)，以提高海上風(fēng)電項(xiàng)目的高效性、穩(wěn)定性、安全性。

由廣以材料科學(xué)與工程系謝作提副教授牽頭承擔(dān)的“海洋風(fēng)電腐蝕老化智能在線監(jiān)測與預(yù)警保護(hù)系統(tǒng)”項(xiàng)目，采用自主研發(fā)的遠(yuǎn)距離（>20km）無線傳輸技術(shù)，在系統(tǒng)前端搭載智能腐蝕監(jiān)測儀，后端連接數(shù)據(jù)分析平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)腐蝕在線監(jiān)測，并通過數(shù)據(jù)分析和智能控制，調(diào)節(jié)陰極電位實(shí)現(xiàn)抑制腐蝕的保護(hù)目的。

國標(biāo)制定

材料科學(xué)與工程系實(shí)驗(yàn)室主任謝紅波老師作為主要起草人參與了中國電池行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)之一SJ/T11889-2023的制定。極片的輥壓是鋰離子電池制作過程中一個(gè)非常重要的工序，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范了軋制鋰離子電池極片的相關(guān)要求，對(duì)鋰離子電池的產(chǎn)品安全質(zhì)量水平提高有著重要的意義。謝老師曾任職于比亞迪、長虹集團(tuán)等公司，歷任研發(fā)副總監(jiān)、總工程師等職務(wù)。

廣以科研團(tuán)隊(duì)與產(chǎn)業(yè)界達(dá)成了多個(gè)新能源方面的合作項(xiàng)目，將繼續(xù)推動(dòng)學(xué)科建設(shè)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展深度融合，向下深挖基礎(chǔ)研究碩果，向上積極探索產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，為助力雙碳減排，造福健康社會(huì)貢獻(xiàn)力量。（中教育新聞網(wǎng)記者 焦小新）