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陈晓红 北京化工大学材料与工程学院教授,主要从事从石油渣油、煤焦油和生物质原料出发,制备先进炭材料及其应用开发的研究工作。
陈晓红说自己并不是一个很有个性或者追求叛逆的人,所以,因为从小生活在大学校园里就向往当大学生的生活;因为化学成绩很好就更加喜欢这门功课;因为父亲的专业是研究炭材料就认为这是很有意思的专业,这样的想法让她攻读到这个专业的博士后,而对这个专业的喜欢也一直延续,并将继续。
记者:先进炭材料研究是一个很宽的领域,您的新星项目主要是哪一方面呢?
陈晓红:对,炭材料的应用研究是一个很广阔的领域,我做的主要是制备先进炭材料及其作为新能源材料应用开发的研究工作。2003年申请新星计划的项目是“高性能锂离子二次电池负极材料的优化设计。”
记者:是什么原因让您当时选择了这个研究方向?
陈晓红:一个原因是这方面的研究目前是世界上的热点;另外就是我从1999年就开始进行这个方面的研究。2001〜2003年我在德国研读博士后时的研究也与之有关。2003年选报新星计划的时候,选择它作为我的研究项目是顺理成章的事情。
记者:这个项目听起来和普通人的生活息息相关。能介绍一下这个研究的基本原理吗?
陈晓红:是的,锂电池在人们的生活中普遍存在,比如手机、笔记本、照相机、摄像机等等。目前,在这方面,大功率的锂离子二次电池,如应用在电动自行车,电动汽车是研究的重点。和炭材料相比,金属或类金属及其合金材料如:锡、铝、锑、硅等作负极材料时具有很高的理论比容量,不过该类材料实际中并未得到应用,主要因为在充放电循环过程中,这类金属与锂生成合金时体积发生较大膨胀,造成材料的粉末化,导致材料性能变差。我的研究主要着眼于锂离子二次电池高性能负极材料的研究与设计,目的是将纳米金属材料与炭材料紧密结合起来,研究一种纳米金属/炭复合负极材料,使之既具有纳米合金材料的高比容量,又兼顾炭材料的高度稳定性。
记者:听起来就是用炭材料让具有高理论比容量的金属更加安全。
陈晓红:就是这个意思。纳米金属/炭复合负极材料就是,一方面将金属纳米化后锂离子二次电池充放电过程中可缩短锂离子在金属材料中的途径,从而减轻锂离子在嵌入或脱出时对材料的毁坏;另一方面,由于炭材料的膨胀系数非常小,利用炭材料的这个特性,我们就好像用碳(炭)材料给纳米金属材料制作一个有限空间,让他们在充放电循环过程中减缓膨胀,减少金属在这个过程中的损坏, 同时在最安全的情况下让金属发挥最大容量。
记者:没有炭材料提供的稳定性,金属在充放电循环过程中膨胀,是否会爆炸?
陈晓红:确实发生过这样的事情。上世纪80年代,爱立信公司用金属材料研制的锂电池就曾经发生过爆炸。从那以后人们就一直在寻找具有良好稳定性的材料,上世纪90年代的时候,日本的公司首先开始把炭材料运用到了这个领域。
记者:目前你的研究取得了什么样的成果?对未来有什么实际的期望吗?
陈晓红:目前市场上常用的锂离子二次电池充负极材料主要是炭材料,其理论上最大容量为372mA·h/g,而我们现在研究的纳米金属/炭复合负极材料取得的最稳定的数值是450mA·h/g。我希望通过自己的研究,在未来让人们的某一方面生活可以更加简便,比如手机可以一个月或者更长时间才需要充一次电。