題目1：失效鋰電池電極材料的修復與再利用

報告人：周光敏 副教授（清華大學深圳國際研究生院）

題目2：核級石墨的結構設計和性能調控

報告人：申克?教授（湖南大學材料科學與工程學院）

地點：郭可信樓310教室

失效鋰電池電極材料的修復與再利用

周光敏
????清華大學深圳國際研究生院，深圳清華大學城，518055????
????Email: guangminzhou@sz.tsinghua.edu.cn

報告摘要/Abstract：

隨著新能源汽車、各類電子設備的普及，鋰離子電池的使用量呈現爆發式增長，隨之產生了大量廢棄鋰離子電池。廢棄鋰電池中包含有大量的金屬資源，處置不當既會造成資源浪費，也有潛在的環境風險。現有的商業化電池回收方法以火法、濕法回收方法為主，二者均需要將失效電池中的電極材料結構破壞到原子程度后進行再提取，用作新電極材料的制備，流程長、成本高，且涉及高溫、強酸等極端條件的應用，經濟效益與環境效益堪憂。如何開發創新的清潔回收方法，簡化回收流程，開拓回收產物的再利用途徑，是電池回收領域的重大挑戰。報告人針對現有回收方法的缺陷，提出了在分子尺度直接對電極材料進行修復的直接回收思想，設計了低共熔溶劑直接修復失效鈷酸鋰正極、低溫熔融鹽修復高失效程度三元正極、多功能溶劑熱及有機鋰鹽再生失效磷酸鐵鋰等創新回收方法；并對與之匹配的直接回收過程進行了閉環化設計；此外提出了失效電極材料向高性能電極材料、納米催化劑等產物轉化的高值化利用途徑，大幅簡化了回收流程，規避了極端條件的使用，為電池回收研究與產業提供了新的技術體系與理論指導。

報告人簡介/Biography：

周光敏，清華大學深圳國際研究生院長聘副教授，博士生導師，入選國家海外高層次青年人才項目，2014年博士畢業于中國科學院金屬研究所，導師為成會明院士和李峰研究員。2014-2015年于美國UT Austin從事博士后研究，合作導師為Arumugam Manthiram教授。2015-2019年在斯坦福大學從事博士后研究，合作導師為Yi Cui教授。主要研究方向為電化學儲能材料及器件與電池回收，已發表論文300余篇，其中第一作者及通訊作者論文包括Nature Catalysis、Nature Sustainability、Nature Nanotechnology、Nature Energy、Chemical Reviews、National Science Review、Nature Communications、Advanced Materials等。論文被引用 47000多次，60余篇入選ESI高被引論文，H-index為97，2018-2024連續7年入選科睿唯安全球高被引科學家。擔任期刊Energy Storage Materials副主編/科學執行編輯及多個期刊青年編委。獲得包括遼寧省自然科學一等獎、中國顆粒學會自然科學一、二等獎、侯德榜化工科學技術獎青年獎、廣東省材料研究學會青年科技獎、能源存儲材料青年科學家獎、中國科學院院長特別獎、Materials Today Rising Star Awards等獎勵。

核級石墨的結構設計和性能調控

申克
湖南大學材料科學與工程學院，長沙 410082

報告摘要/Abstract：

高溫氣冷堆作為第四代先進核反應堆，以其固有安全性被視為核能技術未來發展方向。核級石墨是高溫氣冷堆的堆芯關鍵結構材料，其綜合性能直接關系到反應堆的壽命和安全性。當前可用的核石墨輻照性能相當于在高溫氣冷堆中運行40年，難以完全滿足第四代核電技術的需求，因此，研究核級石墨的制備、結構與輻照效應，對于提高研發下一代耐輻照核級石墨，具有重要的意義。近年來，湖南大學先進碳素材料研究團隊在核級石墨的結構設計與性能調控方面開展了系統性研究工作。

在核級石墨結構設計方面，首先開展了商品化核石墨的微觀結構表征，闡明了核石墨的一系列多相雜化微觀結構，建立了定量微觀結構模型，為預測核石墨堆內服役行為奠定了基礎；針對核石墨微觀結構形成機制，開展瀝青的中間相轉變研究，提出中間相的“多次融并”理論，并揭示了中間相在焦炭表面的外延生長行為。以上研究豐富了現有的瀝青液相碳化理論，也為核石墨結構設計奠定基礎。

在核級石墨的性能調控方面，依次開展了純度、熱膨脹系數和輻照性能調控研究。核石墨對純度具有嚴格要求，開展石墨提純研究，闡明石墨中多元雜質元素的轉變與遷移規律，提出了雜質“孔內富集理論”，建立了石墨的梯級提純技術，并應用于高純天然石墨和黏膠基碳纖維氈的純化。降低核石墨熱膨脹系數，有利于緩解高溫堆測流問題，提高反應堆功率。利用微晶石墨內部的微縫隙結構，發明了天然微晶石墨基新型低熱膨脹系數核級石墨，宏觀熱膨脹系數比進口核石墨IG-110降低30%。該產品實現了產業化，并中標中核集團氣冷微堆用石墨材料，獲中國非金屬礦科技獎一等獎。石墨的輻照性能直接反應堆的壽命，開展石墨晶體的輻照損傷機制研究，將為提升核級石墨輻照性能提供理論基礎。利用iDPC-STEM技術，在氦離子輻照的高定向熱解石墨中成功地實現了spiro間隙原子的直接成像，并發現了輻照缺陷對石墨c軸方向熱導率的增強作用；同時，提出了一種快速、精準的實驗方法，準確測量石墨單晶的真實輻照尺寸變化曲線，修正了現有中子輻照數據存在的系統誤差，為深入理解石墨輻照尺寸變化行為，從而最終實現調控核級石墨輻照性能的目標奠定了基礎。

報告人簡介/Biography：

申克，工學博士，湖南大學材料科學與工程學院教授。2013年獲清華大學工學博士學位，2013-2017年清華大學核研院、美國伯克利加州大學開展博士后研究。主要從事炭石墨材料的基礎理論研究，以及核級石墨、等靜壓石墨的應用技術開發。具體研究方向包括 (1)先進碳素材料（等靜壓石墨）的制備理論，(2)核級石墨的評價與表征，(3)石墨的輻照效應等。主持國家自然科學基金3項，中國石化、中核集團項目多項。在CARBON、JOURNAL?OF?NUCLEAR?MATERIALS等期刊上發表論文40余篇，獲中國非金屬礦科技獎一等獎。多次在世界碳材料大會，國際核石墨專家會等國際會議上做邀請報告。獲2022年湖南大學優秀教師，湖南大學2022年教師教學基本功大賽二等獎，第29屆國際核工程大會最佳論文獎。兼任先進炭材料及應用技術湖南省重點實驗室副主任，《炭素技術》編委，《物理化學學報》青年編委，中國顆粒學會青年理事等學術職務。