论坛回顾 | 晏敏皓：纳米结构材料应用于先进能源转换和储能设备

2017年9 月 11 日至12日，2017中美绿色能源高峰论坛在成都举行。2位诺贝尔奖获得者，4位院士，300多名来自中美两国电力行业、可再生能源行业、信息技术行业和互联网行业的领军人物和行业专家出席论坛。

本次论坛由美中绿色能源促进会、四川省外事侨务办、中国电机工程学会、清华大学、重庆大学、四川大学、电子科技大学、西南科技大学联合主办，清华四川能源互联网研究院承办。共举办5场行业领袖主旨报告，19场专家演讲，4场圆桌论坛，聚焦全球能源转型，共同探讨推广绿色能源、满足全球能源需求、减少大气污染等举世瞩目的话题。

12日分论坛“能源转型-用电：新能源汽车，储能及需求侧管理”中，西南科技大学研究员、四川省海外高层次人才“百人计划”专家晏敏皓作《NanostructuredMaterials for Advanced Energy Conversion and Storage Devices》主旨报告。小编征得晏敏皓先生同意，在此分享其现场观点与PPT，欢迎品读探讨。

嘉宾观点：

首先介绍一下我的大学，我来自绵阳，绵阳就在成都的东北，距成都120公里。绵阳是目前唯一的国家科技城，这是我所在的大学，西南科技大学，这里有一些非常棒的景色，我们在这里进行的研究，我在2014年参加了环境友好能源材料国家重点实验室，大家可以看到我们的这个研究团队是很国际化的，我们中有来自澳大利亚、匈牙利以及欧洲的高层次专家，我们的主要研究方向是环境友好并可循环利用的纳米材料。

我要开始进入正题，大家都知道在21世纪最大的挑战就是能量存储问题。我们在能源材料上取得的进展，对于未来能量存储和能源转换取得不断发展进步是很重要的。纳米材料由于它独特的机械、电学以及光学的特性而显得非常重要，它可以极大的扩展我们的领域。特别的，纳米材料对于电化学能储方面也变得越来越重要。下面我将会在纳米材料在锂电池、超级电容器以及燃料电池方面的应用举一些代表性的。

在我们的现代生活中锂电池显得尤为重要，这得益于电化学的进步，锂电池有两个主要部分：一是嵌锂离子阳极材料，一是嵌锂离子阴极材料。然而随着时间的变化，我们现有的电极以及电解液材料已经达到了应用极限。要想面对混合电动汽车与清洁能源存储的新挑战，我们需要新一代锂电池材料。

首先，介绍一种二氧化钛纳米线阴极材料，我们可以看到它的直径在40-60纳米，长度约为几微米，而且它有着非常棒的循环性能。

另外一个例子是纳米级的粒子，它有着可逆的锂插入性能，随着这种粒子的直径增加到微米级，这种可逆的插入性能将逐渐消失，这些其实都是非常好的例子。之前我们可能没有考虑的一些材料，现在随着纳米材料的发展，由于我们可以把这些材料的尺度降到纳米级别，那么这些材料就可以被考虑到锂电池应用上。

跟纳米阳极材料相比，纳米阴极材料发展没有那么快，那么采用纳米技术可以获得纳米纤毛结构的新阴极材料，从而进一步提升电池的性能。

这是另外的一个关于纳米阴极材料的例子，有些新的材料成本很低并且也很环保，而且它的能效更好，但是在我们的实践当中，在电化反应过程中，之前这样一种更好的材料是被忽略的。如果说能重新改变之前被忽视的形式，那么它就可以极大的减少电池锂传输的距离，通过纳米技术的运用我们可选择的就更多了，它们有更好的导电性并且有着更好的传递性。我们认为对未来的20年这是很重要的一种进展。

近30年以来人们都认为聚合的对于电子发展，近日的研究中，这幅图显示了聚合物的一些特性，我们可以通过纳米层级来观察电池里面对层级的变化，并且它会影响电池效能的表现。但是这种材料目前还处于实验室阶段，现在对于实用来说还为时过远，但它的确扩展了材料的视野。

另外一个例子就是超级电容器，超级电容器和电池在设计和生产上都是很像的，但是它要求更大的功率，并且有更长的生命周期。超级电容器的纳米技术的一个关键方面是达到比表面积（确保高电容）和孔径分布（允许电解质容易接近）之间的相互协调。这样一种超级电容的关键在于采用了新的一种纳米结构的材料，左下图就体现了该材料。

最后一个例子就是燃料电池，我们都知道现有的燃料电池里的一些材料有一定的局限。我们想降低成本，这是一个非常好的例子，就是我们产品，是CM公司设[o1] 计的，左边显示的是一个纳米级材料的原料电池，它采用的是非常典型的纳米结构。

由于时间关系，我本来可以举更多的例子。现在我们可以看到从这样一个原材料，大型的材料把它进展到这样一种纳米级别可以怎样地改变电级以及电级的特性，进而对能储产生巨大的影响。关键有两个影响：一个就是可以极大的减少我们设备的尺寸，因为纳米级别的粒子它影响会更小；第二个就是内部为纳米结构的材料，比如说纳米管以及纳米柱，它们在小粒子之间产生影响可以极大地提高特性。得益于纳米材料的增长，这些科学技术的研究对这些材料的基础研究、科学理解以及发展，是技术发展背后的动力。

这就是我的演讲，谢谢大家！

报告PPT：

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