一、项目名称：《高性能二次电池关键材料改性创新研究及其应用》
本项目获2021年度河南省自然科学奖三等奖。
主要完成人：白 莹，闫 冬，郁彩艳，张小萍，吴 青。
以高性能二次电池为代表的新型能源系统成为缓解能源短缺与环境恶化现状的必然选择。目前，以液态锂离子电池为代表的第一代二次电池已经在便携式电子设备中得到广泛普及，进一步地提高其能量密度和安全性，实现在电动汽车、大型储能中的应用虽得到了多项国家政策的明确支持，却仍面临着诸多科学与技术瓶颈。本项目聚焦于高性能二次电池关键正负极材料、固态电解质及其修饰改性的理论与方法，开展深入系统的基础与应用基础研究，与习近平总书记提出的“面向世界科技前沿、面向国家重大需求”的研究定位高度契合。本项目注重性能调控的内在机理探究、性能优化的关键技术创新及其在产业化中的实际应用，主要研究内容与研究特色如下：
(1)二次电池关键材料的结构设计与性能调控：通过高性能二次电池电极和电解质材料的结构设计和功能化界面构筑，系统探究储锂/钠机制，阐明特殊形貌电极材料化学能-电能之间的能量转换机制，揭示材料结构特性与电化学性能之间的构效关系。通过微观结构的设计和优化，构筑了高性能的二次钠/锂离子电池电极材料和新型固态电解质，统一了表面包覆对改善电极电化学性能的机理认识，提出了表面包覆掺杂一体化的改性新策略。
(2)高兼容性全固态电解质与电极界面构筑：阐明了固态电解质在离子输运机制中的结构基础与速控步骤，在此基础上构筑了兼容性较强的掺杂包覆一体化的电解质-正极材料固固界面；揭示了电解质-电极材料界面与固态电池结构、锂离子快速输运、脱嵌锂机制以及与之密切相关的两相乃至多相界面演化过程的关联性。
(3)电极反应动力学的原位跟踪与监测：利用原位XRD技术，实现锂/钠离子二次电池电化学循环过程的原位结构相变表征，降低结构变化对电荷转移的影响，从而达到对电极反应动力学的同步跟踪与监测。
本项目系统揭示了二次电池关键材料结构设计与性能调控的规律，完善了材料的改性理论、拓展了新的改性技术，为高性能储能材料的设计构筑和应用奠定了坚实基础。本项目研究不仅推动了物理、化学、工程等多学科在储能领域基础研究及产业化应用的交叉融合，并且在高能量密度高功率密度动力电池的优化构筑与推广应用在新能源领域具有巨大的市场潜力与商业应用价值。本项目研究工作扎实，成果丰硕，先后承担完成国家重点研发计划子课题、国家自然科学基金面上及青年项目、河南省高校科技创新人才及团队等10余项高级别项目。基于以上研究，关键技术申请国家发明专利35项，其中15项已获授权，并有1项已顺利实现成果转化，取得了一定的经济效益；发表SCI收录系列论文28篇，其中ESI高被引论文2篇，top期刊封面论文1篇，一区论文18篇；8篇代表性论文被Advanced Materials、Nature Communications、Nano Letters、Nano Research、Angewandte Chemie International Edition等国际顶级期刊论文引评达501次，得到加拿大皇家科学院张久俊院士、Xueliang Sun院士、澳大利亚皇家科学院Shi Xue Dou院士、国家杰青麦立强教授等国内外同行专家的高度正面引评。项目执行期间，培养硕士研究生20人，其中3人获省级优秀硕士学位论文，5人获校级优秀硕士学位论文。
二、项目名称：《无铅氧化物材料的光伏性能调控和介电、光电性能研究》
本项目获2021年度河南省自然科学奖三等奖。
主要完成人：郑海务，刁春丽，张新安，李天锋，刘越峰。
无铅氧化物铁电材料因易于制备、环境友好等优势而在新型存储器、压电制动器、能量转换器和光电探测器等方面具有重要的学术意义和潜在的应用价值。该项目以铋基多元氧化物为研究对象，涉及的材料形态有薄膜、块材陶瓷和纳米材料，围绕原位动态应变和铁电极化对BiFeO3铁电薄膜光伏性能的调控、Bi5FeTi3O15(BFTO)/CuO光伏效应增强的物理机制、表面等离激元改善铁电薄膜的光伏效应、铋层状结构陶瓷块材介电压电的掺杂调制和性能优化、铋层状结构纳米材料在染料敏化太阳能电池对电极中的应用等方面开展了颇具特色的研究工作。该研究丰富和发展了多元氧化物电介质物理的研究内容。
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