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倪江锋  教授

个人信息

博士,教授,博士生导师。2008年毕业于北京大学并获得博士学位,随后在日本产业技术总合研究所和新加坡国立大学从事研究工作。回国后就职于苏州大学,历任副教授、教授。受邀担任期刊Materials Technology的助理编辑和Functional Materials Letters的客座编辑,担任多个期刊的特邀审稿人和一些国际项目的通讯评审人。

多年来致力于功能材料在电化学储能领域应用的研究,重点探索高性能、低成本、长寿命、绿色环保的储能材料及微型储能体系。迄今为止共发表论文90余篇,被引用3000多次,H因子35;近三年以第一或通讯作者在Advanced Materials(3),Advanced Energy Materials(2),Advanced Functional Materials(2),Nano Letters(1),Nano Energy(4),ACS Energy Letters(2)等著名期刊发表论文20多篇。申请中国、日本和美国专利13项,已授权8项;获2013和2015年全国电化学大会优秀论文奖,2016年苏州市自然科学优秀学术论文一等奖,2018年国际功能材料协会(Functional Materials Society)青年奖。目前主持国家自然科学基金委面上项目2项、江苏省杰出青年基金1项。



Dr Jiangfeng Ni is a professor of Physics at Soochow University. He received his PhD (Chemistry) in 2008 from Peking University, then worked at the National Instituteof Advanced Industrial Science and Technology in Japan, and moved to National University of Singapore in 2010. In early 2011, he joined Soochow University as an associate professor and was later promoted to the range of full professor. At present Dr Ni leads a team working on various types of energy storage systems including rechargeable ion batteries, supercapacitors, and redox flow cells, with a particular focus on fundamental physics, chemistry, and materials in these devices. Dr Ni has published 13 patents (8 issued and 5 filed), 2 book chapters, and 90 peer-reviewed papers in journals including Advanced Materials (3), Advanced Energy Materials (3), Advanced Functional Materials(2), Nano Letters (1), Nano Energy (4), and ACS Energy Letters (2). These papers have earned a total citation of 3000 and H-index of 35. He served as Guest Editor of Materials Technology and Functional Materials Letters, and organizing committee member for a series of functional materials conferences.


研究方向

研究方向

1. 微型储能器件的设计和构建

2. 功能材料在二次电池和超级电容器中的应用


研究内容

1.高性能锂(钠)离子电池

锂离子电池的兴起为人类生活提供了一种方便快捷的可携带能源。全球锂电池市场需求量随着应用领域的不断扩展而迅速增长。近年来,全球新能源汽车产业在技术不断成熟、政府扶持政策不断落地的大背景下呈现出快速产业化的趋势。因此,电池产业迫切需要通过材料创新来满足人们对高能量、高功率、低成本储能的需求。


1.1
界面修饰提高电极材料的载流子传输能力

电化学储能材料大多为半导体或绝缘体,其载流子迁移性能无法满足快速充放电的要求。基于前期研究的成果,课题组研究了纳米碳与电极材料的界面相互作用及其对材料储能的影响机制。我们在功能化的碳纳米管(CNT)表面通过控制硫代乙酰胺的水解过程来调控Bi2S3在CNT表面的沉积。通过Raman光谱和X射线吸收光谱证明Bi2S3和CNT的界面存在着电荷转移(强耦合作用)。界面耦合作用可以调控着载流子的传输能力,因此,该Bi2S3@CNT耦合材料表现出优异的倍率充放电特性(Adv. Energy Mater. 2014, 4, 1400798)。此工作发表后,被MaterialsViewsChina网站进行了亮点报道(http://www.materialsviewschina.com/2015/01/15212/)。我们进一步对纳米碳及其耦合材料在电化学能源存储中的应用进行了系统的总结和展望(图1,Adv. Energy Mater. 2016, 6, 1600278)。




图1. 纳米碳材料在电化学储能中的应用



1.2
表面调控改善电极与电解液的相容性

在电化学电池中,正负极和电解液之间存在着一个很薄的界面层,这个界面层大部分情况下是电子的绝缘体而是离子的导体,界面层的性质由电极和电解液的相容性决定。课题组以高电压的LiCoPO4为对象,研究了表面包覆层抑制电解液分解等副反应的理论机制。针对常规的碳包覆层不致密、不连续等问题,我们提出了现场包覆的方法,构筑完整的碳包覆网络,提高电极的循环稳定性(Electrochim. Acta 2012, 70, 349)。我们进一步研究了不同的碳包覆途径的影响(J. Power Sources 2013, 221, 35),采用表面微观分析技术,合理解释了碳包覆改善材料与电解液界面稳定性的内在规律和理论机制(图2,Nano Energy 2015, 11, 129)。我们进一步对这方面的工作进行了系统的总结(Carbon 2015, 92, 15)




图2. 碳包覆超薄MoO2

2.微型储能器件

微型电池由于其在体积、充放电次数、存储寿命等方面的优势,广泛应用于无线传感器、RFID卡、植入式医疗设备、军用微型设备等领域。多年以来,阻碍无线自驱动微电子设备发展的最大障碍一直都是供电问题。近期,我们团队在构建三维有序结构的钠离子电极的研究领域取得系列进展,有望为这一难题提供了可能的解决方案



图3. 微型电池研究进展


2.1
三维电极材料设计

    通过三维电极结构设计,使离子扩散的路程始终保持在较短的距离,电极的能量密度与功率密度不再紧密关联。课题组采用电化学阳极氧化直接在钛金属基底上生长了TiO2纳米管三维自支撑阵列,通过控制电解液的成分来调控纳米管的直径及长度;进一步通过高温硫化处理,调控TiO2的能带结构及电子传输性能(Adv. Mater. 2016, 28, 2259)。硫化的TiO2三维电极具有非常优异的储钠性能,在0.1C的倍率下具有高达320 mAh g-1容量,在10C的倍率下仍然具有167 mAh g-1的容量。

我们采用电化学阳极氧化方法在其他金属基底上生长三维有序的纳米阵列结构。近期的一个工作是在Nb衬底上构建有序多孔的纳米薄膜,同时调控薄膜的结晶状态、元素组成和三维构造,首次实现了具有超长循环寿命的Nb2O5钠离子电极(Adv. Mater. 2017, 29, 1605607),该工作以封面文章的形式发表在Advanced Materials期刊。我们进一步采用呼吸调控策略,设计了高性能的转化型三维负极材料(图4 Adv.Funct. Mater. 2018, 28, 1707179此策略也为未来相关电极材料的设计提供了新的思路。


图4. 三维呼吸型钠离子电极


2.2
三维钠离子电池设计

    我们先采用水热反应在钛金属衬底上生长Na2Ti3O7三维纳米管阵列,然后用原子层沉积技术在其表面包覆一层TiO2,最后在硫蒸气中进行硫化处理。此表面修饰层可以有效地保护Na2Ti3O7的活性中心,抑制其对电解液分解的催化作用,同时硫化层具有高导电能力。此三维Na2Ti3O7电极展示了极其优良的钠离子电池负极性能,在10C的倍率下循环10000次,容量几乎没有衰减。为了展示该三维电极的实际应用前景,我们构建了Na2Ti3O7//Na2/3Ni1/3Mn2/3O2全电池。以正负极活性物质的质量计算,全电池的能量密度达到110 Wh kg-1,接近实用的水平。该钠离子电池可以可以在柔性器件中得到应用。(Adv. Energy Mater. 2016, 6, 1502568)。进一步通过表面结构优化,引入氧空位来提高载流子浓度,可以将全电池的能量密度提高到125 Wh kg-1(图5,Nano Lett. 2016,16, 4544)。



图5. 钠离子电池及其在柔性器件的应用













基本信息

倪江锋  

教授、博士生导师

院部/部门: 化学电源研究所

最高学历: 博士研究生

最高学位: 博士

联系方式

通信地址: 江苏省苏州市十梓街1号

邮政编码: 215006

电子邮箱: jeffni@suda.edu.cn

联系电话: 67870167

办公地点: ICPS

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