新能源物理创新团队基于“应用物理学”专业，隶属于物理与电子工程学院。新能源物理创新团队结合学院学科特点及宜宾市和四川时代新能源发展需求，围绕我国“碳达峰”和“碳中和”重大战略决策，推动四川省“形成绿色低碳循环发展的经济体系和清洁低碳安全高效的能源体系能”战略目标的实现，重点发展以新能源需求为牵引的创新研究。目前团队成员共计7人，全部具有博士学位，其中正高职称人员1人，中级职称6人。此外，3人具有博士后研究经历，1人具有海外著名高校或研究院所的学习和工作经历，多人担任国际期刊审稿人。
新能源物理创新团队目前拥有一套完整的实验平台，涵盖从新能源材料设计、器件制备到器件独立分析测试的各个环节。实验室科研面积约200平方米，设备齐全，包括十万分之一微量分析天平、管式炉、高纯惰性气氛手套箱、电化学工作站、电池测试系统等，总价值100余万元。团队与中国工程物理研究院、电子科技大学、香港城市大学、南京农业大学、南京师范大学等科研院所建立了紧密的长期合作关系，可协同进行分析和测试。
 李超 博士(后) 团队负责人 |
 袁玉全 博士教授 |
 任先培 博士(后)副教授 |
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 胡启威 博士(后) |
 潘保才 博士 |
 岳敏 博士 |
1. 新型高性能二次离子电池研究
新型高性能二次离子电池研究包括：新型电极材料设计制备、基于新型电极材料的新型二次离子电池电化学行为解析等。
针对传统无机正极材料的容量及循环性能的限制，开发新型高性能电极材料。如具有低成本、结构可设计、柔性可折叠、分子链间空隙大等优势的有机材料：基于对二羧酸的有机负极材料，基于苯醌的有机正极材料；具有高可设计性、高度有序多孔结构、可调控孔径和表面功能基团、高稳定性、高比容量的MOF材料：MOF正极材料（Fe-MOF、普鲁士蓝及其衍生物、高电导π-d MOFs等）；MOF负极材料（Fe-MOF、高电导π-d MOFs等）。
基于以上新型高性能电极材料，解析其具体电化学行为，开发新型高性能二次离子电池，如钠离子电池，钾离子电池，双离子电池，水系离子电池等；聚焦于特定氧化还原电位的特定新材料结构、新型电池设计。
2. 高性能负极材料制备及其电化学行为研究
高性能负极材料制备及其电化学行为研究包括：碳负极、金属锂负极改性等。其对于提高二次离子电池的能量密度、安全性和循环寿命至关重要。
高性能碳负极材料制备及其电化学行为研究以绿色环保的碳材料为研究对象，通过结构设计、表面调控、复合改性等手段，系统研究特定碳负极的电化学行为，从而提升碳材料负极的电化学性能。主要包括：1）结构设计：多孔结构、核壳结构设计。设计多孔结构的碳负极材料，以增加其容量和改善锂离子扩散，制备核壳结构的材料，将稳定的外壳包裹在碳负极材料的周围，以改善电池循环寿命和安全性；2）表面调控：表面官能团修饰、活性位点修饰：通过引入特定官能团，如酮、羟基、醛基等活性位点，改变碳负极材料的表面化学性质，以提高其与锂离子的相互作用；3）复合改性：多形态碳负极、锂碳合金负极设计等。
高性能金属锂负极改性研究聚焦于二次离子电池金属锂负极，通过表面包覆、三维骨架和富锂合金等表面改性和体相改性技术手段，提高金属锂负极的安全性能和电化学性能。金属锂具有超高的比容量和极低的氧化还原电位，将金属锂作为负极材料能够大大提升锂电池的能量密度，但金属锂电极的锂枝晶问题、副反应问题及体积变化问题对电池的安全性和循环稳定性都有较大的负面影响，对金属锂电极进行改性以提高其电化学循环性能和安全性能具有极大的研究价值及意义。通过电解液修饰及金属锂表面修饰，抑制锂枝晶生长并减少金属锂与电解液之间的副反应，形成稳定的SEI膜；通过合金法制备具有三维骨架的富锂金属合金，三维骨架的比表面积和亲锂性能诱导金属锂的均匀沉积；通过表面改性和体相改性提升锂负极的安全性能及电化学性能。
3. 高电导、高离子输运固态电解质研究
固态电解质是一种固态材料，用于代替传统液体电解质，用于在正极和负极之间传递离子，并支持电池的化学反应。针对高安全锂离子电池研究高离子导电性（固态电解质通常具有高离子导电性，可以支持锂离子、钠离子或其他离子的传输。这有助于提高电池的性能和功率密度）、高化学稳定性（固态电解质通常具有高化学稳定性，可以耐受更宽的电压范围，减少电解质分解的风险）、宽温度工作范围的固态电解质，如氧化物固态电解质，氧化锂硅（LLZO）或氧化钠超离子体（NASICON）等；聚合物固态电解质。结合声子非协相互作用、同步辐射X射线/中子衍射、拉曼散光等系统研究研究固态电解质锂离子输运行为。
4. 电化学储能机制理论计算研究
理论计算在电化学储能机制的研究中发挥着关键作用，可以帮助解析储能材料的工作原理、优化设计材料，并提高储能系统的性能。电化学储能机制理论计算研究主要通过理论计算结合其他原位、非原位表征手段深入分析各电极材料的电化学储能机制。电化学储能机制理论计算研究方法基于DFT计算电极材料氧化前后微观结构及性质的变化，包括：1）材料的设计及筛选：利用材料基因，筛选潜在的储能材料，并预测它们的性能；2）晶体结构优化：包括晶体结构预测、晶体构筑和晶格参数优化等；3）电子结构计算：密度泛函理论（DFT）和量子化学计算等计算材料的电子结构；4）电化学反应机理研究：通过理论计算解析电极材料的电化学行为。
1. 先进高性能MOF电极材料
MOF材料具有多种优势，包括其高度有序的多孔结构、可调控的孔径和表面功能基团、多种金属和有机配体的组合可能性，以及潜在的高表面积，使得MOF在二次离子电池中有广泛的应用潜力。但是如何设计具有特定电化学行为的MOF材料，如何提高MOF电极的电导率，如何建立“微观结构-宏观电化学性能”之间的理论模型，实现高性能MOF材料的设计是MOF电极材料应用于二次离子电池亟待解决的关键科学问题。本团队已解析MOF材料微观结构及宏观电化学性能之间的构效关系，借助原位、非原位光谱、能谱表征手段及DFT计算对材料电化学氧化还原机制展开深层次的研究，通过特定分子结构设计满足了特定电化学行为的需求，实现了高性能二次离子电池的设计研究，团队设计合成有机配体及其MOF材料如图1所示。
图1.团队设计合成有机配体及其MOF材料
2. 高性能新型钾离子电池、锂型双离子电池等
基于传统锂离子电池，开发新型电极材料，利用独特分子构效、氧化还原行为的新型电极材料，设计开发了一系列高性能钾离子电池、锂双离子电池等，如图2所示包括基于有机电极材料的钾离子电池、基于Co-MOF的锂型双离子电池等。
图2.团队设计的新型二次离子电池
基于上述研究成果，团队累计在Chem. Eng. J. (2)、ACS Appl. Mater. Interfaces (2)、ACS Mater. Lett. (1)、Nanoscale (1)等高质量学术期刊发表SCI论文10篇，多篇论文入选热点论文，4篇关于MOF正极或负极的ESI高被引论文（包括Fe-MOF、Co-MOF等，Chem. Eng. J., 2022, 431: 133234、Chem. Eng. J., 2021, 404(15): 126463、Nanoscale, 2020, 12: 7870-7874、ACS Mater. Lett., 2020, 2(7): 779-797）。
编辑：cs
李树军 博士