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陈忠伟院士再发重磅论文

金华籍加拿大科学院院士滑铁卢大学陈忠伟教授 论文《锂离子电池发展30年》刊载世界顶级学刊

记者 王健

近日,加拿大滑铁卢大学陈忠伟教授与美国阿贡国家实验室两位教授合作、在国际著名材料期刊Advanced Materials上成功发表综述论文 《30 Years of Lithium‐Ion Batteries”(《锂离子电池发展30年》)。

去年6月底,出生于金华磐安的陈忠伟当选加拿大工程院院士。这位毕业于磐安中学的科学家,目前是加拿大滑铁卢大学化学工程学院和纳米技术工程中心教授,他的研究领域是环保燃料电池。

就在几天前,他在朋友圈里高兴地晒出了自己刚带毕业的6位博士的合影,他们身穿博士服,兴高采烈。鉴于照片中没有陈忠伟这位导师,可以推断这张照片很有可能就是他本人拍摄的。

陈忠伟是加拿大的首席科学家,目前带领着一支约70人的国际顶尖科研团队,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,其中有不少技术都被公认为是目前世界上最尖端的技术。他的研究成果“应用于下一代高能锂离子电池的先进硅基电极”项目前段时间刚入围了全球百大科技奖最终名单,他们联合通用汽车全球研发中心共同开发的相关技术,可使智能手机以及其他消费类电子产品,单次充电的使用时间延长40%~60%;也可使目前的电动汽车增程至500公里。目前,陈忠伟的多项技术已实现产业化,其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。

Advanced Materials在材料与化学两个大领域属于顶尖期刊,在国际材料领域科研界上享誉盛名,影响因子高达19.79。

《锂离子电池发展30年》,陈忠伟和两位教授共同回顾了锂离子电池发展30年的进展,梳理了在过去的30年里锂电池技术在商业和学术上取得的显著进展,清楚地描述了LIB的完整发展历史,并解释了导致各种技术变化的原因,同时针对下一阶段锂离子电池的研究方向做出了展望。

他介绍,近年来,对高性能可充电电池的需求变得日趋迫切,自从30年前索尼公司将世界上第一个锂离子电池(LIB)商业化后,对便携式电子产品的革命性影响就导致了随后几年研究兴趣的急剧增加。同时,世界各国政府也越来越意识到温室气体在气候变化中的作用,并启动了绿色能源技术(太阳能,风能等)和具有储能系统的电动汽车的众多举措,而这些举措的核心问题便是便携式能量转换设备的开发应用。因此,对电池的研究从2010年开始急剧增加,远超其他研究领域整体出版物的增长。

虽然电池研究进展迅猛,但研究的目标多年来一直没有改变:减少电池的重量和体积,增加循环耐用性,保持安全性,同时降低成本。

陈忠伟讲到了电动汽车对新电池的需求,对下一代锂离子电池研究进行了展望:“具有潜在成本和性能优势的下一代锂离子电池技术可能是实现成本和能源密度目标的解决方案。”他说,由于纳米科学的诸多进步,使材料形态的这种精确控制成为可能。

其实,就在两个月前,陈忠伟团队的另一篇论文《各类新型电池和燃料电池在电动汽车市场中的商业化展望》在《自然》的子刊Nature Energy发表,讲的主要内容是:电动汽车市场增长迅猛,然而主流锂离子动力电池使其很难达到500公里以上的续航里程。该文第一次深度解析了电动汽车市场的未来发展需求,并将之与新型二次电池和燃料电池的技术进展相融合,为能量存储技术在未来可移动电子设备商业化进程提供了发展路线图。

文章中,他们针对诸多替代的电池以及燃料电池做出综述,并评估了这些电池克服作为动力能量存储系统所存在障碍的潜力。“我们发现虽然没有一种电池或燃料电池系统可以适用于电动汽车的所有市场,但这些讨论的储能技术可以帮助支持至少一种电动汽车的市场。虽然锂离子电池还具有很好的与电子设备配套使用的能力,但其他类型的电池以及燃料电池混合驱动的载具会加速汽车向低碳环保运输模式的转变。”

在去年11月的金华发展大会前夕,记者采访了将国际顶级项目带回金华落地的陈忠伟,他当时就说:“新能源汽车有两种,一种是以传统电池驱动的电动车,比如特斯拉;一种是燃料电池驱动的新能源汽车。后者是业界认为未来汽车的发展方向,也是我们这个项目的内容载体。试想一下,未来的汽车,以氢气取代燃油,传统内燃机消失了,排放出来的不是废气而是水汽。我们生存的环境更安全清洁了,这不是一件造福子孙后代的事吗?”

陈忠伟说,新能源汽车产业未来将达到年产值上万亿元的规模,目前国内许多省份都已开始布局,他希望在家乡的中加国际科技创业园里推出国际领先的新技术,并将其产业化,为家乡的发展尽一份心力。

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