研究碳基复合材料构建及其储能应用

　　研究方向一：围绕钠离子电池作为大规模储能的新型研究领域，负极材料的综合性能将在很大程度上直接决定钠离子电池未来的应用前景。本项目以山西省煤炭高效利用为出发点，结合煤本身结构成分特点，以煤基石墨烯负极材料结构设计入手，通过分子、纳米空间、宏观尺度结构的设计，采用一系列化学法调控构建快速导钠三维石墨烯框架，探索储能机制。利用精度与深度的微观结构表征三维石墨烯负极材料和电解质，考察从不同界面深度系统地研究电解质/负极界面、准界面和本体分子界面相容性，探索三维石墨烯材料在电解质中钠离子传输关系。

　　研究方向二：针对锂硫电池循环过程容量衰减快、高能量密度难以发挥的问题，设计了基于碳纤维框架的高能锂硫电池新体系。该体系正极拟采用具有多空孔结构的碳纤维框架，不仅能极大地提高正极电子导电性和活性物质硫的负载量，还能有效地控制硫的流失；其电解质是石墨烯框架吸附电解液构筑的类固体电解质，通过框架表面分子改性可提高锂离子传输性能，阻止多硫化物的溶解和扩散。本项目通过研究多空正极材料的合成反应机理、关键制备工艺参数对其理化性质的影响以及对电池电化学性能的作用规律，也将探索电解质分子结构、框架结构、框架表面电性、电解质性能之间的内在联系，确立类固体电解质性能调控策略；同时，研究离子-电子在电解质/正极界面的传输特性，建立起电池电极反应过程模型，找到影响电极反应速度的控制步骤。（太原理工大学教授 王晓敏）