孙学良，加拿大西安大略大学教授，清洁能源纳米材料研发首席科学家，加拿大皇家科学院和加拿大工程院双院院士，国际能源科学院常任副主席。1985年本科毕业于天津科技大学，1999年获英国曼彻斯特大学材料化学博士学位，1999-2001年，在加拿大不列颠哥伦比亚大学从事博士后研究工作，2001-2004年，在加拿大魁北克大学国家科学研究院任助理研究员，2004年以助理教授身份加入西安大略大学，2008年升为副教授，2012年升为正教授，2016年当选加拿大工程院院士。曾获得：Professional Achievement Awards from Cross-cultural Professionals Association of Canada (2016)、Western Engineering Prize for Achievement in Research (2013)、University Faculty Scholar Award (2010)、Early Researcher Award (2006)等奖项。主要从事应用于清洁能源领域的纳米材料的研究，涉及基础科学、应用纳米技术、新兴工程学等领域，以开发和应用基于纳米材料的新型能源系统和器件为研究核心，包括全固态电池、金属空气电池、燃料电池、锂硫电池以及锂/钠离子电池等。在Nat. Energy, Nat. Commun., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem., Energy Environ. Sci., Adv. Mater., Adv. Energy Mater.等国际著名期刊上已发表论文400余篇，被引次数超过33000次，H指数为94。目前担任Electrochemical Energy Review主编和 Frontier of Energy Storage 副主编。此外，孙院士还积极参与工业界的合作研究，其合作者包括加拿大巴拉德电源系统公司（Ballard Power Systems）、美国通用汽车公司（General Motors）、加拿大庄信万丰电池公司（Johnson Matthey Battery，著名的LiFePO4生产公司）和加拿大国防部等。下面，小编汇总了孙院士近期的重要研究成果，共8篇，以供大家学习和参考！
Adv. Energy Mater.：高压稳定粘结剂延长4 V全固态聚合物电池循环寿命
聚氧化乙烯（PEO）基固态聚合物电解质（SPEs）由于其电化学氧化窗口有限而与LiCoO2等4V正极不相容。近日，加拿大西安大略大学孙学良院士联合多伦多大学Chandra Veer Singh教授共同研究了几种粘合剂，包括PEO、PVDF和富羧基聚合物（CRP）粘合剂，如海藻酸钠（Na-alginate）和羧甲基纤维素钠（CMC），在4V全固态聚合物电池（ASSPBs）中的应用。结果表明，添加CRP粘合剂的ASSPBs表现出优异的循环性能, 经过1000次循环，容量保持率为60%，几乎是PEO和PVDF粘合剂的10倍。XAS、形貌和密度泛函理论研究表明，CRPs具有羧基，能将电极材料牢固地结合在一起，并充当保护正极/SPE界面的涂层材料。循环伏安法研究表明，CRP粘合剂在高压下比PEO和PVDF更稳定。XPS和Co L-edge XAS结果显示，CRP粘合剂在高压下的稳定性和涂层特性有助于稳定正极/SPE界面，从而实现长循环、高性能4V ASSPB。Insight into Prolonged Cycling Life of 4 V All-Solid-State Polymer Batteries by a High-Voltage Stable Binder. Adv. Energy Mater. 2020. DOI: 10.1002/aenm.202002455
Angew. Chem. Int. Ed.：利用杂化导体实现三相到两相的转变反应助力高比能高倍率固态Li-O2电池
固态Li-O2电池具有提供高能量密度和安全性的能力。然而，由于存在多个固态界面，限制了电子/离子交换，导致电化学性能较差，因此，设计高性能固态空气电极的挑战成为其进一步发展的主要瓶颈。近日，加拿大西安大略大学孙学良院士采用电子和离子杂化导体构建了固态空气电极，使Li-O2电池的电化学机制从三相过程转变为两相过程。因此，采用这种杂化导体固态空气电极的固态Li-O2电池显示出显著降低的界面电阻和显著增强的反应动力学。更重要的是，由于放电产物与电极材料之间的良好接触，Li-O2电池的库仑效率也显著提高。在氧气氛下的原位环境透射电子显微镜生动地描述了放电产物在混合导体表面的可逆沉积和分解过程，直观地验证了两相反应的事实。Transition of the Reaction from Three-phase to Two-phase by Using Hybrid Conductor for High-energy-density High-Rate Solid-state Li-O2 Battery. Angew. Chem. Int. Ed. 2020. DOI: 10.1002/anie.202014061
Energy Storage Materials：深入了解正极表面以提高固态电池的性能
正极界面不稳定是硫化物基全固态锂离子电池（ASSLIBs）实际应用的一个重大障碍。然而，对正极界面降解的成因缺乏全面的认识。近日，加拿大西安大略大学孙学良院士采用X射线表征和电化学分析相结合的方法，研究了正极界面的降解机理。结果表明，富镍LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2（NMC811）表面残留的锂化合物是引发硫化物固态电解质（SSEs）氧化的主要原因，从而引起正极界面严重的副反应和NMC811的结构破坏。对正极表面进行清洁可以显著地抑制正极界面的降解。结果表明，表面清洁后的NMC811在Li5.5PS4.5Cl1.5和Li10GeP2S12基ASSLIBs中的电化学性能都有显著提高，这证明了该策略的普遍应用性。Insight into Cathode Surface to Boost the Performance of Solid-State Batteries. Energy Storage Materials 2020. DOI: 10.1016/j.ensm.2020.12.003
Energy Environ. Sci.：用于高能量密度固态锂电池的薄电解质的研究进展与展望
固态锂电池（SSLBs）具有能量密度高、安全性好等优点，是一种很有前途的新一代储能装置。固态电解质（SSEs）作为电池的关键组成部分，其性能和物理参数对电池的电化学性能和能量密度有着重要的影响。近年来，厚SSEs被广泛应用于SSLBs中，但在内阻增大、非活性物质含量增加、实际能量密度低和电池制造成本较高等方面存在一些缺点。减小SSEs的厚度和开发基于SSEs的高性能薄SSLBs是SSLBs商业化的关键。近日，加拿大西安大略大学孙学良院士全面总结了薄SSEs的制备方法、合理设计及其在不同SSLBs系统中的制备工艺和应用。此外，还介绍了用于理解界面处Li 输运动力学和SSEs结构演化的先进表征技术。同时，评估了厚度小于100 μm的各种SSLBs软包电池的重量/体积能量密度。最后，调整其它电池设计参数，以实现重量/体积能量密度超过300 Wh kg−1/500 Wh L−1，并推测了SSLBs中薄SSEs的未来方向。Recent advances and perspectives on thin electrolytes for high-energy-density solid-state lithium batteries. Energy Environ. Sci. 2020. DOI: 10.1039/d0ee02714f
Applied Catalysis B：Environmental：富缺陷、Fe掺杂的NiO耦合Ni团簇纳米管阵列实现出色的析氧活性
近日，加拿大西安大略大学孙学良院士提出了一种新型多级结构，在碳纤维布上生长Fe掺杂的NiO耦合Ni团簇中空纳米管阵列（Fe-NiO-Ni CHNAs），作为析氧反应的有效催化剂。在这种多能级结构中，岩盐型Fe掺杂NiO相与Ni团簇相杂化，形成独特的3D玉米状结构。这种新颖的多级结构为催化反应提供了一个大的比表面积。X射线吸收精细结构表明，富缺陷、Fe掺杂的NiO相具有丰富的配位不饱和位点作为活性中心，Fe掺杂降低了金属中心的d带，这是提高析氧反应催化活性的主要贡献。Fe-NiO-Ni-CHNAs的OER遵循吸附质演化机制，以不确定的质子-电子转移路径为倍率决定步骤。因此，Fe-NiO-Ni-CHNAs具有优异的OER性能和出色的耐久性，超过了大多数过渡金属氧化物。Engineering defect-rich Fe-doped NiO coupled Ni cluster nanotube arrays with excellent oxygen evolution activity. Applied Catalysis B: Environmental 2020. DOI: 10.1016/j.apcatb.2020.119809
Nat. Commun.：柔性电子阻挡界面屏蔽助力无枝晶固态锂金属电池
固态电池（SSBs）因其高能量密度和高安全性而被认为是下一代锂离子电池技术。然而，固态电解质（SSEs）的高电子导电性导致Li枝晶的成核和增殖。界面接触不良导致的电场分布不均匀会进一步促进枝晶沉积，导致SSBs的快速短路。近日，加拿大西安大略大学孙学良院士联合青岛大学郭向欣教授报道了一种柔性电子阻挡界面屏蔽（EBS）来保护石榴石型电解质免受电子降解的影响。原位取代反应形成的EBS不仅可以提高锂的亲锂性，而且可以稳定锂的体积变化，在重复循环过程中保持界面的完整性。密度泛函理论计算表明，从锂金属到EBS的电子隧穿能垒很高，表明其具有出色的电子阻挡能力。受EBS保护的电池的临界电流密度提高到1.2 mA cm-2并在室温下在1 mA cm-2（1 mAh cm-2）下稳定循环超过400小时。这些结果证明了抑制Li枝晶的有效策略，并为SSE和Li金属界面的合理设计提供了新的见解。A flexible electron-blocking interfacial shield for dendrite-free solid lithium metal batteries. Nat. Commun. 2021. DOI: 10.1038/s41467-020-20463-y
Nano Energy：通过合理纳米约束构建用于钾离子电池的高倍率长寿命磷/碳负极
稳定耐用的钾离子电池（PIBs）磷负极的发展受到反应动力学迟缓和循环时体积变化不明确的阻碍。近日，加拿大西安大略大学孙学良院士联合西安理工大学李喜飞教授通过蒸发冷凝策略将磷纳米粒子合理地封装到商业多孔碳中。受益于具有丰富K /电子迁移通道的导电/坚固碳基质中电/离子绝缘磷的结构完整性/稳定性的提高，具有适当磷含量（59.4 wt.%）的磷/碳负极材料在100 mA g-1下可获得744 mAh g-1的大初始充电容量，在3200 mA g-1下可在10000次循环中获得212 mAh g-1的高可逆容量，在11200 mA g-1下具有287 mAh g-1的优异倍率容量。同时，还揭示了磷负载在衍生复合材料中的电化学活性。关键是，碳纳米结构中K 的显著电容插入/提取将显著促进磷/碳负极的电荷储存过程，提高其电化学性能。从磷/碳负极的反应机理来看，活性磷在放电时倾向于在0.5V以下进行钾化，在充电时倾向于在1.0V以下进行去钾化，并伴有K4P3的可逆出现/分解。这项新的研究为磷负极的纳米结构设计和机理研究提供了新的思路，有助于开发高能长寿命的磷负极材料。Constructing high-rate and long-life phosphorus/carbon anodes for potassium-ion batteries through rational nanoconfinement. Nano Energy 2021. DOI: 10.1016/j.nanoen.2021.105772
Adv. Mater.：空气稳定且与锂金属兼容的玻璃陶瓷电解质助力高性能全固态锂金属电池
与传统液态电解质锂离子电池相比，全固态锂金属电池（ASSLMBs）具有更高的能量密度和安全性，因此其发展受到了广泛关注。然而，制备一种同时具有高离子电导率、良好空气稳定性和优异锂-金属相容性的理想固态电解质（SSEs）具有很大的挑战性。近日，加拿大西安大略大学孙学良院士合成了一种新型玻璃陶瓷电解质Li3.2P0.8Sn0.2S4（gc-Li3.2P0.8Sn0.2S4），以满足上述要求，实现了室温下的高性能ASSLMB。与传统Li3PS4玻璃陶瓷相比，非晶态含量为12%的gc-Li3.2P0.8Sn0.2S4 SSE具有更大的晶胞和更高的Li 离子浓度，经过简单的冷烧结工艺后，离子电导率提高了6.2倍（室温下为1.21×10−3 S cm−1）。gc-Li3.2P0.8Sn0.2S4 SSE中的（P/Sn）S4四面体在5%湿度的空气中表现出很强的抗H2O反应能力，表明其良好的空气稳定性。此外，gc-Li3.2P0.8Sn0.2S4 SSE在Li/SSE界面上触发了Li-Sn合金的形成，作为稳定界面和在对称电池和全电池中提供良好电化学性能的必要成分。这种gc-Li3.2P0.8Sn0.2S4超离子导体的发现丰富了先进SSEs的选择，加速了ASSLMBs.的商业化。An Air-Stable and Li-Metal-Compatible Glass-Ceramic Electrolyte enabling High-Performance All-Solid-State Li Metal Batteries. Adv. Mater. 2021. DOI: 10.1002/adma.202006577华算科技专注理论计算模拟服务，具有超强的技术实力和专业性。是同时拥有VASP、Materials Studio、Gaussian商业版权及其计算服务资质和海外高层次全职技术团队的正规机构！
