2025-10-30 17:40:22 | 领航网
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清华大学材料学院唐子龙团队合作报道高功率锂离子电池研究新进展
清华大学材料学院唐子龙教授团队联合美国麻省理工学院、北京航空航天大学的相关团队,在高功率锂离子电池研究领域取得了重要进展。他们创新性地将纳米多孔框架结构和致密氧化物两大类重要的功能材料建立起连接,提出了块体晶格中类表面扩散机理,为开发高功率锂离子电池材料提供了一种独特的物理化学视角。
研究背景 :
高功率锂离子电池在大型运输、工业设备和电网调节等领域具有广泛的应用前景。理想的电极材料应是一种激活能小于0.25电子伏特的超快离子和电子混合导体,这使得约10微米的致密单晶颗粒的商业化成为可能,从而提高电池的体积能量密度并抑制电池的副反应。然而,具有离子晶格内扩散的材料很少见,而具有离子表面扩散的材料虽然常见,但因其孔径过大,无法存储过多的碱金属原子,因此无法作为高致密度的电极材料。
创新点 :
前沸石框架结构的定义 :研究团队首先定义了“前沸石框架结构”,即孔道直径小于水分子的致密晶体材料。这类结构排除了水分子和一般小分子的嵌入或吸收,同时允许锂离子在晶格内像表面扩散一样的快速迁移,有望同时满足高致密度及高功率的电化学性能。
类表面扩散机理 :与锂离子嵌入型化合物不同,前沸石框架结构中由于较低的原子拓扑约束和较大的宿主自由体积,会导致异常的热膨胀(低/负的热膨胀系数)和软声子特性,这也导致了块体晶格中类表面扩散机理的出现。
设计方法与应用 :研究团队给出了前沸石框架结构的设计方法,其材料的孔道直径在2.5-2.8埃,阴离子与阳离子比约为2.5,可以包含铌、钨、钛等元素的氧化物。并将上述设计方法应用于铌-钨-钛三元氧化物相图,成功合成了一系列微米级高致密度及高功率的电极单晶材料,包括两种新物相材料:Nb9W2Ti6O40.5和Nb9W4Ti4O42.5。
研究成果 :
研究团队成功合成的Nb9W2Ti6O40.5和Nb9W4Ti4O42.5材料,以高电极密度、高容量、高功率和长循环寿命的优异性能,胜于绝大部分现有的高功率电极材料。此外,他们还成功合成了大于20微米的超大单晶,仍可保持高于30C的大功率充放电,使得这类材料在保证高体积能量密度和高循环稳定性的基础上,具有和燃油车相似的充电体验和极速放电的特性。
论文发表 :
相关研究成果以“一种用于高功率锂离子电池电极材料的前沸石框架结构”(Pre-zeolite framework super-MIEC anodes for high-rate lithium-ion batteries)为题,发表在能源领域知名期刊《能源与环境科学》(Energy & Environmental Science)上。该论文的共同通讯作者为美国麻省理工学院李巨教授、清华大学材料学院唐子龙教授、董岩皓助理教授以及北京航空航天大学张俊英教授,第一作者为美国麻省理工学院王诗童博士和北京航空航天大学赵黎江博士。
这一研究成果不仅为高功率锂离子电池材料的设计提供了新的思路和方法,也为推动锂离子电池技术的进一步发展奠定了坚实的基础。

电子信息学院设有计算机网络技术、计算机信息管理、软件技术、电子信息工程技术、通信技术、移动通信技术、移动互联应用技术、电信服务与管理、电子商务(网店运营方向)共9个专业。其中移动通信技术、软件技术、计算机网络技术、电子商务(网店运营方向)专业为订单培养专业,学生入学签订就业保障协议。
电子信息学院以培养高技能、应用型人才为目标,建有一支基础扎实、功底深厚、善于合作、乐于奉献、素质优良的“双师型”素质教师队伍,师资力量雄厚。现有专职教师56人,其中教授10人、副教授15人、技师4人、硕士研究生以上学历占80%。该学院教师具有坚实的教学理论和专业实践技能,先后承担了多部高职高专教材编写和多项省部级、院校级教研项目,具有一批工程师、设计师、培训师等“双师型”教师。另外聘请了与专业相关的知名教授、学者、企业的公司经理、技能名师等作为专业指导委员和客座教授,以保障培养的人才更加贴近市场需求。电子信息学院设置了计算机网络教研室、计算机软件教研室、通信技术教研室、基础教研室等二级部门,围绕着教学、科研、师资队伍建设、实训室建设、社会服务等进行了卓有成效的管理与实施。
该学院重视教学过程的实践性、开放性和职业性,改变传统的教学模式,积极探索“工学结合”人才培养模式,融“教、学、做”为一体,创建了思科网络学院,并与美国思科公司、大连海辉科技有限公司等省内外20多个知名企业建立了稳定的校外实训基地。在校内配备有网络工程、综合布线、电子通讯、音频、视频、计算机组装等20多个专业实训室。每年组织学生参加全国及河北省举办的软件大赛、计算机网络与装机大赛等多项赛事,获得了骄人的成绩。 经济管理学院现有国贸教研室、财会教研室、营销国贸教研室、管理教研室,该学院教学融理论学习、仿真模拟、案例教学、角色演练、顶岗实习于一体,注重基础业务训练和经营管理能力训练,学生动脑、动手相结合,强化创新意识、服务意识、管理与服务核心竞争能力的培养。
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建筑工程学院始终坚持以教学为中心,以专业建设为龙头,大力加强内涵建设,不断深化教育教学改革,扩大对外开放办学,重视与行业和企业的合作,提高教育教学质量。并依据企业提供的用人计划和岗位要求来安排教学和实训,增强了人才培养的针对性和实用性,保证了学生的圆满就业。 机电与汽车工程学院下设电工电子教研室、数控教研室、汽车工程教研室和机电教研室,专业教师46名,其中具有博士学位2名,硕士学位32名,“双师型”教师占60%。开设了电气自动化技术、机电一体化技术、机械制造与自动化、机械设计与制造、数控技术、汽车电子技术、汽车检测与维修技术、汽车营销与服务、城市轨道交通运营与管理、城市轨道交通通信信号技术共10个专业。其中机械设计与制造、数控技术专业是学院与河北博路天宝石油设备有限公司合作的订单培养专业。机电一体化技术、电气自动化技术两个专业也与浙江天煌科技实业有限公司、天津力神电池股份有限公司建立了订单合作关系。
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