报告题目:第一性原理计算在锂空气电池及燃料电池中的应用
报告人:史乐 博士,香港科技大学副研究员
时间:2018年7月18日上午9点至10点
地点: 材料学院215会议室

报告摘要:
非水系锂空气电池和直接甲醇燃料电池是高效的新型能源存储与转换装置,有望应用于电动汽车及便携式设备中。在非水系锂空气电池中,其阴极放电产物为绝缘的固体过氧化锂,有别于传统的异相催化反应。在充电过程中,此前研究多猜测反应发生位点(三相界面)仅存在于催化剂、固体过氧化锂及电解液相接触的一维区域内,面积非常有限。因此,催化剂能否以及如何催化这种固体产物的分解一直是学界争论热点。报告人以常见的金红石型二氧化钌催化剂为例,通过第一性原理计算,提出除三相界面外,充电反应可同时发生在催化剂与固体过氧化锂所接触的二维两相界面上,其中反应生成的锂离子可通过催化剂晶格内的孔道传播出去。这一机理成功解释了之前实验中所观察到的催化剂中过度金属的变价现象,以及放电过程中固体过氧化锂收缩分解的现象,为锂空气电池中催化剂的设计提供了指导。同时,报告人发现二氧化钌的另一种晶型,单层二氧化钌同样表现出优异的充电及放电催化活性,可作为催化电极应用于锂空气电池中。在直接甲醇燃料电池中,甲醇渗透问题是限制此技术进一步发展的瓶颈。甲醇渗透不仅会降低燃料电池的工作效率,更会毒化贵金属催化剂使其失活,逐渐降低燃料电池的性能。自2014年诺贝尔奖得主Andre Geim教授在Nature上发表了应用二维材料作为质子交换膜的文章以来,二维材料能否以及如何在水环境中传导质子一直是学界争论热点。申报人通过第一性原理计算、第一性原理分子动力学模拟以及元动力学等方法探究了质子在水环境中通过二维材料的传导机理,并提出一种可同时提供高质子传导率以及高筛选率的二维材料,有望解决直接甲醇燃料电池中的甲醇渗透问题。

个人简介:
史乐,香港科技大学副研究员 (Research Associate)。2013年于北京大学物理系获学士学位,2017年于香港科技大学机械及航空航天工程学系获博士学位。史博士长期致力于第一性原理计算在能源存储与转换系统中的应用,在国际权威学术期刊发表SCI论文21篇(其中第一作者论文9篇,共同第一作者论文2篇),SCI他引200余,h-因子为10。在国际学术界,史博士担任Physical Chemistry Chemical Physics, Computational Materials Science等期刊的审稿人。