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鑒于對原材料儲量以及電池安全性、穩(wěn)定性的擔(dān)憂，人們正在努力尋找能夠替代鋰離子電池，可大規(guī)模應(yīng)用且環(huán)境友好的下一代電化學(xué)儲能技術(shù)，鈉離子電池被科學(xué)界普遍認(rèn)為極具發(fā)展前景。然而，能量密度較低，循環(huán)壽命較短、倍率性能欠佳等問題，制約著鈉離子電池的轉(zhuǎn)化應(yīng)用。南開大學(xué)陳軍院士團(tuán)隊，十余年潛心研究，一舉突破了鈉離子電池關(guān)鍵電極材料和反應(yīng)調(diào)控機制等關(guān)鍵核心難題，為發(fā)展高性能鈉離子電池開辟了道路。

能源是人類賴以生存和社會發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，是國民經(jīng)濟、國家安全和實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要基石。隨著現(xiàn)代社會的不斷發(fā)展和“碳達(dá)峰、碳中和”戰(zhàn)略目標(biāo)的提出，調(diào)整能源結(jié)構(gòu)迫在眉睫，大力發(fā)展可再生能源是必然選擇。

在開發(fā)利用可再生能源過程中，電化學(xué)儲能技術(shù)發(fā)揮著越來越重要的作用。人類即將迎來新能源科技革命，進(jìn)入TWh時代。在眾多的電化學(xué)儲能技術(shù)中，鋰離子電池已在便攜式電子設(shè)備和新能源汽車中占據(jù)主導(dǎo)地位。

“然而，鋰豐度低，資源分布不均勻，約70%集中在南美洲，我國80%的鋰資源依賴進(jìn)口，引發(fā)了人們對鋰儲量的普遍擔(dān)憂。另外，鋰離子電池的安全隱患也難以滿足大規(guī)模儲能的應(yīng)用需求。”陳軍說。

據(jù)介紹，鈉與鋰位于同一主族，具有很多相似的物理化學(xué)性質(zhì)，且鈉資源豐富、分布廣泛、成本低廉，另外鈉離子電池快速充放電時負(fù)極不易析鈉，安全性高。鈉離子電池工藝、技術(shù)各方面也與鋰離子電池相近，可以借鑒使用。因此，鈉離子電池被認(rèn)為是極具潛力的下一代電化學(xué)儲能技術(shù)，對大規(guī)模新能源與可再生能源的電化學(xué)儲能具有重要意義。

“然而，由于鈉離子半徑大，儲鈉過程材料結(jié)構(gòu)變化復(fù)雜，導(dǎo)致鈉離子傳輸擴散速率慢，電極材料儲鈉活性位點及利用率不足，電極/電解質(zhì)表界面穩(wěn)定性差，這些問題造成鈉離子電池能量密度、循環(huán)壽命與倍率性能欠佳。”陳軍說。

針對上述科學(xué)難題，陳軍院士團(tuán)隊十余年潛心研究，提出了鈉離子電池中關(guān)鍵電極材料的微納結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計原則以及電壓/電解液協(xié)同誘導(dǎo)下電化學(xué)反應(yīng)機制的調(diào)控方法，構(gòu)筑了超高比能量錳基氧化物正極和超快鈉離子輸運能力的多孔微納碳包覆聚陰離子型正極，高容量金屬硫族化合物負(fù)極及原位預(yù)鈉化快速可逆脫嵌鈉硬碳負(fù)極，研獲了基于無機-有機雜化鈉鹽的新型對稱有機鈉離子電池。這些創(chuàng)新工作為發(fā)展高性能鈉離子電池提供了重要理論基礎(chǔ)和實驗支撐，促使鈉離子電池儲能上了一個新臺階。

日前，教育部2020年度高等學(xué)?？茖W(xué)研究優(yōu)秀成果獎（科學(xué)技術(shù)）獲獎名單揭曉。陳軍院士領(lǐng)銜完成的“鈉離子電池關(guān)鍵電極材料與反應(yīng)機制”項目一舉摘得2020年度高等學(xué)?？茖W(xué)研究優(yōu)秀成果獎（科學(xué)技術(shù)）自然科學(xué)一等獎。

在深耕基礎(chǔ)研究的同時，陳軍院士團(tuán)隊積極推動科研成果向應(yīng)用技術(shù)轉(zhuǎn)化的進(jìn)度，相關(guān)成果獲多項中國發(fā)明專利授權(quán)，并與多家知名電池企業(yè)開展產(chǎn)學(xué)研合作，共建國家企業(yè)技術(shù)中心。同時，與河北省滄州市政府共建南開大學(xué)-滄州渤海新區(qū)綠色化工研究院，部分鈉電池關(guān)鍵電極材料正在進(jìn)行中試放大與應(yīng)用轉(zhuǎn)化，服務(wù)京津冀協(xié)同發(fā)展。

高校處于科技第一生產(chǎn)力、人才第一資源和創(chuàng)新第一動力的結(jié)合點。多年來，陳軍院士帶領(lǐng)的項目團(tuán)隊始終注重教研結(jié)合、教科融合，潛心培養(yǎng)人才，主講《化學(xué)與能源》教育部精品視頻課，以及《化學(xué)概論》《能源化學(xué)》《新能源科學(xué)與工程導(dǎo)論》等核心課程，編著和再版《能源化學(xué)》《新能源科學(xué)與工程》系列叢書等相關(guān)教材；主持教育部首批新工科“新能源科學(xué)與工程專業(yè)建設(shè)與探索”研究與實踐項目，目前已通過結(jié)題驗收，并正在持續(xù)拓展深化。多年來，培育培養(yǎng)多名電化學(xué)儲能領(lǐng)域創(chuàng)新人才，包括國家“杰青”1名、國家“四青人才”6名、中國科協(xié)“青托”人才4名、中國青少年科技創(chuàng)新獎2名；近5年共培養(yǎng)出站博士后和畢業(yè)博士與和碩士研究生38名。 

原標(biāo)題：南開大學(xué)陳軍院士團(tuán)隊突破鈉離子電池關(guān)鍵核心技術(shù)