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加拿大最年轻的两院院士:陈忠伟教授

中国粉体网 2019/9/26 10:27:16 点击 1870 次

导读 当地时间2019年9月10日,陈忠伟教授当选加拿大皇家科学院院士。这是继2017年当选为加拿大工程院院士后,陈忠伟教授成为加拿大最年轻的两院院士。

中国粉体网讯  据媒体报道,当地时间2019年9月10日,陈忠伟教授当选加拿大皇家科学院院士。这是继2017年当选为加拿大工程院院士后,陈忠伟教授成为加拿大最年轻的两院院士。




陈忠伟教授

陈忠伟教授中学毕业于浙江省金华市磐安中学,1992年考入南京化工学院(现南京工业大学)硅酸盐工程专业,1999年进入华东理工大学化学工程专业攻读研究生,2002年进入美国加州大学河滨分校攻读化学工程博士,2007年成为美国洛斯阿拉莫斯国家实验室访问学者,2008年加入滑铁卢大学。

陈忠伟教授现在是加拿大首席科学家、国际电化学能源科学院副主席、滑铁卢大学纳米应用材料与新能源中心负责人。他致力于燃料电池、高能硅基锂离子电池、硅硫锂电池、锌空储能电池以及超级电容器的低成本纳米材料开发与创新,其研究领域包括非贵金属催化剂、碳纳米管、石墨烯、金属纳米管、纳米线以及复合膜等。

陈忠伟教授以第一作者或通讯作者身份,在“Nature Nanotechnology”、 “Nature Communications”、“Journal of the American Chemical Society”、“Angew. Chem., Int. Ed”、“Energy & Environmental Science”、“Advanced Materials”等影响因子大于10的国际顶级学术刊物上发表论文30余篇,在国际重要学术刊物上共发表论文180多篇,被引用11000多次,H因子达50,另外编著书1部,章节5章,申请/授权美国专利13项,拥有2项美国专利。曾多次在重要国际学术会议上做特邀报告并担任会议主席,应邀担任国际重要学术刊物的编委。

作为加拿大先进能源材料研究主席,陈忠伟教授领导的约70人科研团队,目前是国际学术界相关领域最有影响的团队之一, 与美国洛斯阿拉莫斯国家实验室(Los Alamos National Laboratory)、加拿大国家研究院燃料电池创新研究所(NRC Institute for Fuel Cell Innovation)、美国通用汽车(GM)和加拿大巴拉得动力公司(Ballard Power System Inc.)等世界知名研究院所及企业均保持长期稳定的合作。

陈忠伟教授科研团队协同 Newtech Power Inc. (加拿大滑铁卢大学科技公司)开发的一种石墨烯硅基锂电池技术,采用55%以上的硅材料作为负极活性材料,硫掺杂的石墨烯以及聚丙烯腈作为辅助,通过简单的高温处理,实现电极微观结构的构筑成型,其内部各材料间的相互协同效应解决了硅材料的体积膨胀,电导率低等问题,所测试的电化学性能与目前商业化电池相比,电极比容量提高了6-7倍,循环寿命达到2200次以上。此项技术对电极使用了简单的热处理,这一创新解决了长久以来困扰锂电材料领域的由于硅材料体积胀缩导致其无法应用的全球性技术难题,因此此项技术一经推出,便获得2015年度RD100提名大奖,获得业界人士认可,拥有高能量长寿命的真正的硅基锂离子电池指日可待。可喜的是,这次重大的科学突破工艺操作上简单易行,而且在成本上,由于硅高比容量,是目前商业化石墨电极实际比容量的3-7倍,据此,相同容量的硅基锂离子电池中硅的用量约是传统锂离子电池中石墨用量的1/7-1/3,而且随着太阳能电池产业的发展,硅材料产能水平的提升,这使得整体硅基电池的成本与目前商业化锂离子电池基本持平甚至还要低。

根据现行研发进度,此硅基锂离子电池能够满足商业化的能量型锂离子电池的需求,如消费类电子产品手机笔记本以及可穿戴电子设备等。此类产品要求电池具有高的能量密度,和较稳定的循环寿命。另外,根据目前测试,更高倍率的充放电,如2C,将不会对硅基材料以及整个电极的结构造成破坏。这样,此硅基锂离子电池在要求高倍率充放电的领域(如电动汽车,电动工具等)的应用也即将实现。

陈忠伟教授的多项技术已实现产业化,他参与成立的初创公司WATTECH POWER INC.(滑铁卢大学科技公司),致力于大型兆瓦级锌空液流储能技术的商业化推广应用。业内人士甚至认为,这项技术的商业化转化,将为世界储能技术领域带来一个里程碑式的改变。陈忠伟教授团队研发的前沿技术在国内新能源汽车开发、核电风电存储、医疗健康消费等领域拥有广阔的应用前景和市场空间。

陈忠伟曾获加州大学校长博士论文奖学金Chancellor's Dissertation Fellowship、2011年滑铁卢大学最佳工程研究优秀奖、2012年安大略省政府颁发的早期研究员称号、2014加拿大科学和工程基金委Discovery Accelerator Supplement Award,2015年锂离子电池R&D100奖、2016年第九届国际电动车新型锂电池杰出青年成就奖“IALB Young Investigator Award”。

陈忠伟教授团队近期研究成果一览(部分):

1 滑铁卢大学陈忠伟团队J MATER CHEM A综述:多孔碳基材料设计及其CO2捕集应用

加拿大滑铁卢大学的陈忠伟教授(通讯作者)团队系统总结了近年来多孔碳材料在CO2捕集领域的研究进展。文章首先基于不同的前驱体材料,综述了设计和合成多孔碳的方法论,着重分析了有效调节孔隙结构和表面化学性质的策略,特别总结了其制备-结构-吸附性能的关系。然后从孔结构和表面化学掺杂的层面,在本质上详细讨论了多孔碳和CO2分子之间的相互作用机理,旨在从根本上揭示并理解多孔碳基材料的CO2吸附行为。最后,文章全面总结了目前多孔碳材料在实验室制备和实际工业生产中所面临的挑战,以及对其未来发展的机会与前景进行了展望。该综述意在提供一个系统性的多孔碳材料设计和合成指导方针,为活跃在碳材料和气体吸附领域的科研人员提供参考。相关成果以题为“Rational Design of Tailored Porous Carbon-Based Materials for CO2 Capture”发表在Journal of Materials Chemistry A (IF: 10.733)上。文章第一作者为张震博士生。

2 陈忠伟教授AEM:多维有序双功能空气电极助力高能量柔性锌空气电池

加拿大滑铁卢大学陈忠伟教授(通讯作者)和Yi Jiang(第一作者)在镍泡沫上构建了由1D碳纳米管和钴纳米颗粒修饰的2D碳纳米山脊组装的有序多维阵列结构(记做MPZ-CC @ CNT),最大程度的缩小了催化剂的非活性区域。当MPZ-CC @ CNT直接用作锌空气电池的自支撑空气催化正极时,在50 mA cm−2的电流密度下,可循环1800圈(600 h),每圈的循环衰减率只有0.006 mV/圈,能量密度高达946 Wh kg−1。较小的内阻和电化学极化来源于开放和有序的特殊结构,有利于加快反应物穿梭于三相(即氧气,电解质和催化剂)之间。该出色的研究工作以题为“Multidimensional Ordered Bifunctional Air Electrode Enables Flash Reactants Shuttling for High-Energy Flexible Zn-Air Batteries”在2019年5月8日发表在Advanced Energy Materials期刊。

3 滑铁卢大学陈忠伟教授EES:管/块串联锂硫正极材料

加拿大滑铁卢大学陈忠伟教授和华中科技大学王得丽教授合作在高能量和高循环性能锂硫电池方面取得新进展。相关论文发表在Energy &Environmental Science上,题为“Stringed "tube on cube" nanohybrids as compact cathode matrix for high-loading and lean-electrolyte lithium-sulfur batteries”,DOI: 10.1039/C8EE01377B。文章的第一作者是滑铁卢大学的李高然博士和滑铁卢大学访问博士生/华中科技大学的雷文博士。本文结合静电纺丝和CVD技术,构筑了具有三维多孔道网络结构的自支撑复合薄膜(CPZC)。该结构设计具有以下几个优势:复合物薄膜中由PAN转化的碳纤维骨架为电极提供了长程连续的导电网络;由ZIF-67转化的多孔碳立方丰富了整个电极的多孔结构,为活性物质提供有效的物理束缚,并为硫的转化反应提供大量的活性界面;同时,ZIF-67转化所得的N和Co的掺杂可以为多硫化物提供有效的化学吸附,进一步减少活性物质损失并抑制穿梭效应;通过CVD生长所得N掺杂的CNTs,进一步丰富和增强了连续的网络结构,实现快速的电子离子传输,并提供额外的吸附作用和强化的电极机械稳定性。所得特殊的“管/块”复合结构薄膜具备良好的电导率和优异的固硫作用,能够实现13.5mg/cm2的高硫载量和E/S=3的低电解液用量(E/S:电解液/硫载量,mL/g),获得348.8Wh/kg的体系能量密度。

4 加拿大陈忠伟教授团队Small综述:锂离子电池硅负极: 从基础研究到实际应用


资料来源:南京工业大学校友会、材料人、深圳市清新电源研究院、能源学人等。

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