绿色、可持续发展的电化学储能体系中关键材料的开发及其反应机理的研究

1. 下一代超级快充高能量密度锂离子电池

当下最具前景的高能量密度正极材料是具有层状结构的锂离子过渡金属氧化物，如三元材料NMC（镍锰钴酸锂）和NCA（镍钴铝酸锂），这两种材料也是目前中高端、长续航动力电池的首选正极方案。三元材料能量密度的提升通常伴随着稳定性的削弱。因此，如何实现层状三元材料能量密度、稳定性、以及快充能力的同步提升已成为锂电池领域最受关注的研究方向之一。我们致力于通过对这类材料底层工作机理的深入解析，找到针对性的解决方案，开发出下一代具备超级快充能力的高能量密度锂离子电池。

(Xu, C. et al, Grey, C. P. Nat. Mater. 2021, 20, 84-92. DOI:10.1038/s41563-020-0767-8)

2. 高性能钠离子电池

尽管锂离子电池有着高能量密度、长寿命等突出优点，但是我国的锂、镍资源储量有限，对于层状高镍技术路线所需的锂和镍原材料都极度依赖进口。原材料的短缺，造成锂离子电池技术已无法满足日益增长的、更多元化的储能需求。为保障国家能源的安全性，迫切需要发展其他更可持续发展的新型储能技术，而在众多的选择中，钠离子电池成为极有前景的一种。我们课题组致力于开发出兼具高能量密度和高稳定性的正极材料以及与之匹配的电池体系。

3. 电化学原位表征技术

新材料、新电池体系的发展离不开对其背后反应机理的深入研究。我们课题组致力于发展先进的原位表征技术，通过实时监测反应过程中变化，解析出材料合成、参与电化学反应过程中的关键过程，进而指导材料性能优化方案的设计。我们尤其关注各类电池材料的晶体学与电化学性质的关系，关注晶体结构稳定性与材料能量密度的内在关联，尤其是在全寿命周期内的结构演变与性能老化的联系。

(Xu, C. et al, Grey, C. P. Joule 2022, 6, 2535-2546. DOI:10.1016/j.joule.2022.09.008)