天津大学材料学院先进高分子材料研究所许运华教授

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许运华，天津大学材料科学与工程学院教授，2015年中组部青年计划获得者。2002年毕业于郑州大学，获应用物理学学士学位；2008年在华南理工大学获得材料物理与化学博士学位，博士学位论文被评为2010年度全国优秀博士学位论文。2006年在加州大学圣芭芭拉分校做交换学生，之后先后在美国加州大学圣巴巴拉分校、美国马里兰大学和美国爱荷华州立大学从事有机光电材料、储能材料和器件等方面的研究工作。目前主要从事电化学储能材料与器件的研究，包括高比能锂-硫电池、钠/钾离子电池、锂-有机电池及电池电化学过程等。已在Adv. Mater.，Adv. Energy Mater.，Nano Lett.等国际学术期刊上发表论文80余篇，论文被他人引用7000余次，H因子为41。



许运华 教授
先进高分子材料研究所
电话： 022-27402307
Email： yunhua.xu@tju.edu.cn
研究所： 先进高分子材料研究所

个人简历
教育背景：
1998.9–2008.6 郑州大学 学士
2002.9–2008.6 华南理工大学 博士.

工作经历：
2006.12–2009.7 美国加州大学圣巴巴拉分校， 交换学生、博士后
2009.9–2015.5美国马里兰大学，访问学者、研究助理、助理研究员
2014.2–2014.7 美国爱荷华州立大学，研究助理
2015.7–天津大学材料学院，研究员，博士生导师.

研究方向
研究领域：
(1)能量储存和转化，包括锂离子电池、钠离子电池、锂-硫电池、锂-空电池、全固态电池和超级电容器等
(2)新型金属离子电池，包括铝离子电池和镁离子电池等
(3)纳米材料及其在储能系统中的应用
(4)有机功能材料及其在储能系统中的应用
(5)储能电化学基础和应用

承担项目
主要承担项目：
1．国家青年专家，2015-。
2．天津大学北洋学者海外杰出青年人才计划，2015-。
3．美国Army Research Laboratory基金项目，Silicon/carbon anodes with one-dimensional porous structure for lithium ion batteries，项目编号：W911NF1110231，2011/03-2014/02，第二完成人。
4．国家自然科学基金青年项目，具有双载流子传输性能的树枝状铱配合物的设计、合成及器件性能的研究，项目编号：50803008，2009/01-2011/12，第二负责人。
5．国家863计划项目，全彩色高分子发光显示屏技术研究，项目编号：2004AA303580，2004/11-2005/12，主要参加人员。

标志性成果
主要学术成就、获奖及荣誉：
主要从事储能材料和有机光电材料及器件等前沿技术的研究与开发，做出了系列原创性成果，具有坚实的研究基础和丰富的研究经验。已发表论文60余篇，其中20余篇发表在影响因子大于10的一流学术期刊上。论文被他人引用2000余次，多篇论文被Web of Science列为热点和高被引论文（至2015年9月）。获授权中国专利4项，美国专利两项。获得主要荣誉和奖励包括：
2015 国家青年##计划
2015 天津大学北洋学者海外杰出青年人才计划
2010 全国优秀博士学位论文
2010 Ellen Williams Distinguished Postdoctoral Fellowship （美国马里兰大学）
2009 广东省科学技术一等奖
2009 广东省优秀博士学位论文
2009 华南理工大学优秀博士学位论文
2007 南粤优秀研究生（广东省）
2005 华南理工大学优秀博士生基金
2002 郑州大学优秀毕业生

发表文章、专利、专著（代表作）：
1.Yunhua Xu, Yang Wen, Yujie Zhu, Gaskell Karen, Katie A. Cychosz, Bryan Eichhorn, Kang Xu, Chunsheng Wang, Sulphur confined in microporous carbon renders superior cycling stability in lithium-sulphur battery, Advanced Functional Materials, 25, 4313, 2015.
2.Yunhua Xu, Yujie Zhu, Fudong Han, Chao Luo, Chunsheng Wang, 3D Si/C Fiber Paper Electrodes Fabricated by a Combined Electrospray/Electrospinging Technology for Li-Ion Batteries, Advanced Energy Materials, 5, 1400753, 2015.
3.Yunhua Xu, Yujie Zhu, Chunsheng Wang, Mesoporous carbon/silicon composite anodes with enhancement performance for lithium-ion batteries, Journal of Materials Chemistry A, 2, 9751, 2014.
4.Yunhua Xu, Guoqiang Jian, Yihang Liu, Yujie Zhu, Michael R. Zachariah, Chunsheng Wang, Superior electrochemical performance and structure evolution of mesoporous Fe2O3 anodes for lithium-ion battereis, Nano Energy, 3, 26, 2014.
5.Guoqiang Jian, Yunhua Xu, Li-Chung Lai, Chunsheng Wang, Michael R. Zachariah, Mn3O4 Hollow Spheres for Lithium-ion Batteries with High Rate and Capacity, Journal of Materials Chemistry A, 2, 4627, 2014.
6.Bo Liang, Yanping Liu, Yunhua Xu, Silicon-based Composite Materials as High Capacity Anodes for Next Generation Lithium Ion Batteries, Journal of Power Sources, 267, 469, 2014.
7.Yunhua Xu, Guoqiang Jian, Michael R. Zachariah, Chunsheng Wang, Nano-structured Carbon-Coated Hollow CuO Spheres as High Rate Anodes for Lithium-Ion Batteries, Journal of Materials Chemistry A, 1, 15486, 2013.
8.Yunhua Xu, Qing Liu, Yujie Zhu, Yihang Liu, Alex Langrock, Michael R. Zachariah, Chunsheng Wang, Uniform Nano-Sn/C Composite Anodes for Lithium Ion Batteries, Nano Letters 13, 470, 2013.
9.Yunhua Xu, Yujie Zhu, Yihang Liu, Chunsheng Wang, Electrochemical Performance of Porous Carbon/Tin Composite Anodes for Sodium-Ion and Lithium-Ion Batteries, Advanced Energy Materials 3, 128, 2013.
10.Chao Luo, Yunhua Xu, Yujie Zhu, Yihang Liu, Shiyou Zheng, Ying Liu, Alex Langrock, Chunsheng Wang, Selenium@Mesoporous carbon composite with superior lithium and sodium storage capacity, ACS Nano, 7, 8003, 2013.

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报告题目：钠/钾离子电池材料构筑、性能及机理研究
报告人：天津大学许运华教授
时间：2019年8月31日（周六）下午15:00-17:00
地点：福州大学嘉锡楼413
邀请人：新能源材料研究所


报告摘要：尽管锂离子电池已经在移动电子、电动汽车、智能电网等领域获得了广泛应用，但由于地壳中锂资源有限且分布不均，限制了其大规模应用。而同一主族的钠和钾与锂有相似的物理化学性质，且在地壳中储量丰富、分布广泛，因此，钠/钾离子电池被认为是有希望成为低成本、大规模储能应用的电池技术。其中发展高性能的电池体系是关键，包括新材料构筑、优化电解液体系和电池结构等。尽管它们的性质相近，但钠和钾离子较大的离子半径，造成体积变化更大、动力学性能明显下降甚至反应机理不同等一系列问题，给钠/钾离子电池的发展带来很大挑战。针对以上问题，我们通过材料结构设计，优化电解液及研究它们与电化学性能之间的构效关系，构建了高性能钠/钾离子电池体系；同时，深入研究了他们的储能机理。研究结果为发展高性能钠/钾离子电池提供了技术和理论参考。


个人简介：许运华，天津大学材料科学与工程学院教授，2015年中组部青年计划获得者。2002年毕业于郑州大学，获应用物理学学士学位；2008年在华南理工大学获得材料物理与化学博士学位，博士学位论文被评为2010年度全国优秀博士学位论文。2006年在加州大学圣芭芭拉分校做交换学生，之后先后在美国加州大学圣巴巴拉分校、美国马里兰大学和美国爱荷华州立大学从事有机光电材料、储能材料和器件等方面的研究工作。目前主要从事电化学储能材料与器件的研究，包括高比能锂-硫电池、钠/钾离子电池、锂-有机电池及电池电化学过程等。已在Adv. Mater.，Adv. Energy Mater.，Nano Lett.等国际学术期刊上发表论文80余篇，论文被他人引用7000余次，H因子为41。

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天津大学许运华教授团队和合作者在铋基钠离子电池负极方面的研究取得重要进展。他们采用商业化的柠檬酸铋为前驱体，通过一步热解的方法，可以得到并大规模制备具有长循环寿命和高倍率性能的钠离子电池铋@碳复合负极材料，不仅如此，在热解过程中，原位生成的无定形碳层不仅能有效地缓冲金属铋的体积膨胀，还可促进电荷转移，另外，金属铋和碳层之间存在很强的作用力，能极大地提升复合材料的综合电化学性能。

       由于锂资源在地壳中的储量较少且分布不均匀等问题制约了锂离子电池技术的持续发展和大规模应用。因此，迫切需要开发出可替代锂离子电池的二次电池体系。而同一主族的钠与锂有相似的物理化学性质，且储量丰富、分布广泛。因此，钠离子电池被认为是最有希望成为低成本、大规模储能应用的电池技术。近年来，金属铋由于其低毒性、储量丰富，较高的理论比容量（386 mAh g-1）以及较安全的反应电压（~0.6 V）等优点，被认为是最有前景的钠离子电池负极材料之一。但是，当金属铋与钠合金化反应后产生较大的体积膨胀（≈244%），会使电极材料粉化后从电极片上脱落，造成严重的容量衰减。而许运华教授团队和合作者的研究使钠离子电池铋@碳复合负极材料具有长循环寿命和高倍率性能。该成果以“Bismuth Nanoparticle@Carbon Composite Anodes for Ultralong Cycle Life and High‐Rate Sodium‐Ion Batteries”为题近期发表在国际顶级期刊Advanced Materials上。
       该工作中构筑的导电网络结构，不但可以作为一种的普适方法，在改善其他材料电化学性能方面得到广泛的研究和应用，而且有望促进具有优异电化学性能的二次电池的发展。
       该论文第一作者是我院2016级博士生熊佩勋，通讯作者是许运华教授。该研究得到了国家自然科学基金和天津市自然科学基金的资助支持。
文献链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201904771

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5月11日，材料学院许运华教授应科研云与能源学人公众号邀请，在Bilibili与百度直播平台进行同时直播。他带来的“锂-有机电池：有机电极的构筑和反应机理”讲座，运用多种图表讲解，全方面的介绍了新能源材料发展思路，直播弹幕中跳动着思维火花，讲座探讨氛围轻松，共吸引10万+人参与观看。
       许运华教授从锂离子电池应用引入讲座，介绍了已经投产的便携设备电池、电动汽车、智能电网等国家新兴战略产业的发展现状。现有锂离子电池技术主要采用过渡金属氧化物正极材料，理论能量密度低，且已经接近其理论值，难以进一步提高；同时，原料价格昂贵，制备过程工艺复杂、能耗较高（需要高温煅烧等）、产生废气和废液等问题，使其在成本、安全性和环保等方面缺乏竞争力，特别是对于大规模储能系统的应用。相比于无机化合物电极材料，有机电极材料仅由资源丰富的轻元素组成，且通常可以由温和的方法合成，有些材料甚至能够直接从天然植物中提取获得，使其具有低成本和低污染的优点。另外，有机分子结构多样且易于设计和调控，有利于实现更高的理论比容量和电化学性能的可控调节。但有机电极材料易溶于有机电解液和电压较低等，给时间应用带来了很大挑战。
       针对这些问题，许运华教授课题组开展了系统深入的研究，取得了一系列创新性成果，主要包括设计合成了新型近平面有机电极材料，发展了原位电化学有机电极制备新方法，提出了羰基多电子反应新机制，获得了优异的电化学性能，结果对开发高性能有机电极材料有重要参考价值。讲座讨论环节，参与的观众们纷纷提出自己所遇到的难题或困惑，许运华教授也与大家进行了交流，许多观众表示受益匪浅。
      Bilibili网站作为著名视频网站，是当下青年人热衷的网络社交互动平台。本期开设的专家科研云讲座，旨在搭建研究生、本科生，学界、产业界的沟通桥梁，探讨学术/产业界前沿问题，激发科研灵感，促进学科交叉。

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近日，天津大学材料学院高分子科学与工程系许运华教授与加州大学河滨分校化学与环境工程系郭居晨教授、乔治梅森大学化学与生物化学系骆超教授以及马里兰大学化学与生物分子工程系王春生教授合作，以天津大学材料学院为第一单位，天津大学材料学院博士研究生李梦婕作为第一作者，在影响因子72.087的高水平期刊《Chemical Reviews》上发表题为《Electrolytes in Organic Batteries》的综述文章，分别从有机液体电解质、水系电解质、无机固态电解质以及聚合物基电解质等方面系统概述了各种有机电池中电解质的研究进展以及未来发展方向。
        与无机电极材料相比，有机电极材料具有易于合成、资源丰富且易于获取、结构灵活等优点，而受到了研究人员的广泛关注。有机化合物主要由天然丰富的轻量元素（如C、H、N、O和S）组成，许多有机材料可以从植物中直接提取或者以生物质材料为原料通过简单的方法制备得到，而无机电极材料的生产过程中往往需要高温退火。此外，有机分子的结构高度可调，容易设计具有高容量的电极材料。不同于无机电极材料中的置换/嵌入的电化学储能机理，有机电极材料依靠官能团的氧化还原反应进行储能，因而一种有机电极材料往往可适用于多种金属离子电池体系，包括天然丰富的碱金属离子（Li+、Na+和K+）和多价离子（Zn2+、Mg2+、Ca2+、Al3+等），这有助于迅速开发各种新的电池体系。相比于无机电池，有机电池所具有的成本低、功率密度高、适用温度范围宽、环境友好等诸多优异性能使得其有望用于大型储能设备中。

         然而，有机电池中仍有许多问题亟待解决，其中有机电极材料在液体电解质中严重溶解是造成其循环稳定性差的根本原因。为了克服这一挑战，研究人员从电极角度出发，通过引入杂原子，成盐，碳包覆，原位电聚合等减小或抑制有机电极的溶解以及由此产生的穿梭问题。然而这些方法却会在活性材料中引入高比例的非活性成分，造成电极的容量下降。因而设计新型电解质/隔膜体系被认为是能够保持有机电极高比容量的同时缓解电极溶解的最有效策略之一。
电解质作为有机电池中的关键组成部分，在开发高能量密度和设计功能性有机电池方面，其重要性不容低估。在过去几十年中，有机电池中的各种电解质体系，如水系电解质、有机液体电解质、无机固体电解质、聚合物基电解质和有机/无机复合电解质均得到了广泛研究，设计及优化适用于不同有机电极和电池配置的电解质体系是开发性能优异的有机电池的关键。
        到目前为止，还没有关于有机电池中电解质的系统、全面的综述。此外有机电池和无机电池对电解质的要求存在显著差异，因此，需要对有机电池电解质进行全面总结和深入分析，为其合理设计提供指导。
         本文综述了有机电池中电解质和隔膜的研究进展。对有机电池和无机电池的反应机理和对电解质性能要求的差异展开讨论，总结了各种电解质体系对有机电池性能的影响、指出了有机电池仍面临的挑战和未来的研究方向。随着新型有机电极材料和电解质的设计和合成，以及对其机理的深入研究，有机电池的实用性将大放异彩，并将逐渐从单纯的学术研究转向实际应用。该综述将有助于从事相关领域研究的高校、研究院所等全面了解有机电池中电解质的设计理念与研究进展，有望激发更多应用导向的研究工作，进而促进未来有机电池在智能电网等大型储能设备中的商品化应用。（论文信息：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemrev.2c00374）