陳曉紅：在炭與金屬之間找到平衡

陳曉紅 北京化工大學(xué)材料與工程學(xué)院教授，主要從事從石油渣油、煤焦油和生物質(zhì)原料出發(fā)，制備先進(jìn)炭材料及其應(yīng)用開發(fā)的研究工作。

陳曉紅說自己并不是一個(gè)很有個(gè)性或者追求叛逆的人，所以，因?yàn)閺男∩钤诖髮W(xué)校園里就向往當(dāng)大學(xué)生的生活；因?yàn)榛瘜W(xué)成績(jī)很好就更加喜歡這門功課；因?yàn)楦赣H的專業(yè)是研究炭材料就認(rèn)為這是很有意思的專業(yè)，這樣的想法讓她攻讀到這個(gè)專業(yè)的博士后，而對(duì)這個(gè)專業(yè)的喜歡也一直延續(xù)，并將繼續(xù)。

記者：先進(jìn)炭材料研究是一個(gè)很寬的領(lǐng)域，您的新星項(xiàng)目主要是哪一方面呢？

陳曉紅：對(duì)，炭材料的應(yīng)用研究是一個(gè)很廣闊的領(lǐng)域，我做的主要是制備先進(jìn)炭材料及其作為新能源材料應(yīng)用開發(fā)的研究工作。2003年申請(qǐng)新星計(jì)劃的項(xiàng)目是“高性能鋰離子二次電池負(fù)極材料的優(yōu)化設(shè)計(jì)。”

記者：是什么原因讓您當(dāng)時(shí)選擇了這個(gè)研究方向？

陳曉紅：一個(gè)原因是這方面的研究目前是世界上的熱點(diǎn)；另外就是我從1999年就開始進(jìn)行這個(gè)方面的研究。2001#12316;2003年我在德國(guó)研讀博士后時(shí)的研究也與之有關(guān)。2003年選報(bào)新星計(jì)劃的時(shí)候，選擇它作為我的研究項(xiàng)目是順理成章的事情。

記者：這個(gè)項(xiàng)目聽起來和普通人的生活息息相關(guān)。能介紹一下這個(gè)研究的基本原理嗎？

陳曉紅：是的，鋰電池在人們的生活中普遍存在，比如手機(jī)、筆記本、照相機(jī)、攝像機(jī)等等。目前，在這方面，大功率的鋰離子二次電池，如應(yīng)用在電動(dòng)自行車，電動(dòng)汽車是研究的重點(diǎn)。和炭材料相比，金屬或類金屬及其合金材料如：錫、鋁、銻、硅等作負(fù)極材料時(shí)具有很高的理論比容量，不過該類材料實(shí)際中并未得到應(yīng)用，主要因?yàn)樵诔浞烹娧h(huán)過程中，這類金屬與鋰生成合金時(shí)體積發(fā)生較大膨脹，造成材料的粉末化，導(dǎo)致材料性能變差。我的研究主要著眼于鋰離子二次電池高性能負(fù)極材料的研究與設(shè)計(jì)，目的是將納米金屬材料與炭材料緊密結(jié)合起來，研究一種納米金屬/炭復(fù)合負(fù)極材料，使之既具有納米合金材料的高比容量，又兼顧炭材料的高度穩(wěn)定性。

記者：聽起來就是用炭材料讓具有高理論比容量的金屬更加安全。

陳曉紅：就是這個(gè)意思。納米金屬/炭復(fù)合負(fù)極材料就是，一方面將金屬納米化后鋰離子二次電池充放電過程中可縮短鋰離子在金屬材料中的途徑，從而減輕鋰離子在嵌入或脫出時(shí)對(duì)材料的毀壞；另一方面，由于炭材料的膨脹系數(shù)非常小，利用炭材料的這個(gè)特性，我們就好像用碳(炭)材料給納米金屬材料制作一個(gè)有限空間，讓他們?cè)诔浞烹娧h(huán)過程中減緩膨脹，減少金屬在這個(gè)過程中的損壞， 同時(shí)在最安全的情況下讓金屬發(fā)揮最大容量。

記者：沒有炭材料提供的穩(wěn)定性，金屬在充放電循環(huán)過程中膨脹，是否會(huì)爆炸？

陳曉紅：確實(shí)發(fā)生過這樣的事情。上世紀(jì)80年代，愛立信公司用金屬材料研制的鋰電池就曾經(jīng)發(fā)生過爆炸。從那以后人們就一直在尋找具有良好穩(wěn)定性的材料，上世紀(jì)90年代的時(shí)候，日本的公司首先開始把炭材料運(yùn)用到了這個(gè)領(lǐng)域。

記者：目前你的研究取得了什么樣的成果？對(duì)未來有什么實(shí)際的期望嗎？

陳曉紅：目前市場(chǎng)上常用的鋰離子二次電池充負(fù)極材料主要是炭材料，其理論上最大容量為372mA·h/g，而我們現(xiàn)在研究的納米金屬/炭復(fù)合負(fù)極材料取得的最穩(wěn)定的數(shù)值是450mA·h/g。我希望通過自己的研究，在未來讓人們的某一方面生活可以更加簡(jiǎn)便，比如手機(jī)可以一個(gè)月或者更長(zhǎng)時(shí)間才需要充一次電。