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硅基新一代鋰電負極材料制備
項目成果/簡介:目前鋰離子電池的能量密度已經越來越不能滿足其在電動汽車、智能手機和大規模儲能方面的應用。鋰離子電池的能量密度低主要是因為所采用的正負極材料的比容量較低，尤其是負極材料石墨，其理論比容量為 372 mAh/g。目前研究最多的、最具有商業化前景的負極材料為硅基負極材料，其理論比容量為 4200 mAh/g，是石墨的十倍以上。據招商證券預計，硅基負極材料在 2020 年的市場使用量接近于 5 萬噸，銷售額接近于 50 億。 然而硅基材料在充放電過程中較大的體積變化率（>300%）限制了其商業化應用，較大的體積變化導致極片碎裂以及電解液在材料表面持續分解，從而造成其循環性能劇烈下降。另外，硅基材料為半導體，其導電性較差，從而導致硅基負極材料的倍率性能較差。如何解決硅基負極材料這兩大缺點是普及硅基材料在鋰離子電池應用的關鍵。 陳永勝教授課題組結合在納米技術和石墨烯材料領域的專長，經過近 10 幾年的研究，采用低成本的原材料、易工業化的工藝技術制備了石墨烯包覆的硅基負極材料，主要技術創新點包括：1）采用獨特的、具有自主知識產權的納米技術將大粒徑的硅粉進行納米化處理，納米化大大緩解了硅在充放電過程中體積變化的問題，從而從根本上解決了硅基負極材料循環性能差的問題；2）石墨烯包覆則充分發揮了石墨烯導電導熱性能好、機械性能優異、電化學性能穩定等特點，改善了材料的鋰離子擴散性能和電子導電性，大大提高了功率特性； 14隔絕了硅與電解液的直接接觸，抑制副反應造成的電解液分解和材料侵蝕，提高了首次效率，延緩了使用過程中的壽命衰減；進一步減緩了充放電過程中硅的體積變化，維持材料結構的整體穩定性，極大地提升了循環特性。效益分析:陳永勝教授課題組發明的石墨烯包覆硅基負極材料，從制備過程上講，具有工藝簡單、成本低廉、易工業化的特點；從性能上講，具有比容量高、穩定性好、壓實密度大等優點，與高比容量正極組成的鋰離子電池的能量密度是當前商業化鋰離子電池能量密度的數倍以上。
南開大學
2021-04-11
硅基新一代鋰電負極材料制備
目前鋰離子電池的能量密度已經越來越不能滿足其在電動汽車、智能手機和大規模儲能方面的應用。鋰離子電池的能量密度低主要是因為所采用的正負極材料的比容量較低，尤其是負極材料石墨，其理論比容量為 372 mAh/g。目前研究最多的、最具有商業化前景的負極材料為硅基負極材料，其理論比容量為 4200 mAh/g，是石墨的十倍以上。據招商證券預計，硅基負極材料在 2020 年的市場使用量接近于 5 萬噸，銷售額接近于 50 億。 然而硅基材料在充放電過程中較大的體積變化率（>300%）限制了其商業化應用，較大的體積變化導致極片碎裂以及電解液在材料表面持續分解，從而造成其循環性能劇烈下降。另外，硅基材料為半導體，其導電性較差，從而導致硅基負極材料的倍率性能較差。如何解決硅基負極材料這兩大缺點是普及硅基材料在鋰離子電池應用的關鍵。 陳永勝教授課題組結合在納米技術和石墨烯材料領域的專長，經過近 10 幾年的研究，采用低成本的原材料、易工業化的工藝技術制備了石墨烯包覆的硅基負極材料，主要技術創新點包括：1）采用獨特的、具有自主知識產權的納米技術將大粒徑的硅粉進行納米化處理，納米化大大緩解了硅在充放電過程中體積變化的問題，從而從根本上解決了硅基負極材料循環性能差的問題；2）石墨烯包覆則充分發揮了石墨烯導電導熱性能好、機械性能優異、電化學性能穩定等特點，改善了材料的鋰離子擴散性能和電子導電性，大大提高了功率特性； 14隔絕了硅與電解液的直接接觸，抑制副反應造成的電解液分解和材料侵蝕，提高了首次效率，延緩了使用過程中的壽命衰減；進一步減緩了充放電過程中硅的體積變化，維持材料結構的整體穩定性，極大地提升了循環特性。
南開大學
2021-02-01
硅基薄膜太陽能電池制備技術
本項目采用隧道結技術實現疊層太陽能電池的制備，擴展電池的光譜收集范圍，提高電池的轉換效率。
一、項目分類
關鍵核心技術突破
二、成果簡介
太陽能是大自然賜予人類最清潔，最豐富的能源資源，目前商用的太陽能電池以晶體硅電池為主，由于晶體硅消耗硅料較多，近年來人們一直致力于開發硅薄膜電池。非晶硅薄膜電池已經實現了商業化生產并有了一定的市場份額，但它仍存在不足之處，包括光致衰減效應和轉換效率不高(約6％)等。本項目在國家863計劃課題(2006AA03Z219)支持下，開展了以多晶硅薄膜、微晶硅薄膜和納米晶薄膜的制備和相關材料的單結與疊層硅基太陽能電池關鍵技術研究，已經申請發明專利5項，發表科研論文20余篇。
三、創新點以及主要技術指標
1.利用LPCVD方法和自擴散技術生長多晶硅p-n結，結合層轉移技術制備多晶硅薄膜太陽能電池；
2．采用金屬誘導晶化和快速熱處理技術實現優質多晶硅薄膜的制備并在低溫下制備太陽能電池；
3.在PECVD和HWCVD生長硅薄膜時，通過生長溫度，氣體流量，氫氣稀釋比，腔室氣壓等參數實現微晶硅或者納米晶薄膜的生長；
4.采用雙層膜技術減小表面處入射光的反射并實現表面鈍化，提高入射光的收集率和少數載流子壽命；
5.采用高低結結構增加光生載流子的收集效率；
6.采用隧道結技術實現疊層太陽能電池的制備，擴展電池的光譜收集范圍，提高電池的轉換效率。
四、知識產權及獲獎
國家863項目(2006AA03Z219)
南京航空航天大學
2022-08-12
寬波段硅基探測器產業化開發
圖像傳感器，是一種常用的光電探測器件，它能將光子信號轉換成電子信號，被廣泛地應用在高性能光譜儀、數碼相機以及其他的電子光學設備中。普通的CCD、CMOS硅基探測器能獲得高量子效率的光譜響應范圍在400~900nm波段，在紫外波段，由于多晶硅柵的吸收系數很大，這就意味著紫外光子在極端淺（小于2nm）的表層被吸收，導致其在波長小于400nm的紫外波段量子效率（QE）極低。紫外量子效率低的缺陷限制了前照式硅基探測器在航空業、工業以及制造業等領域中的應用。因此，研制寬波段硅基探測器件使其響應范圍延伸到紫外和深紫外波段是國內外紫外探測領域的迫切需要。
上海理工大學
2021-04-13
一種基于硅基液晶的波長分辨監測方法
本發明公開了一種基于硅基液晶的波長分辨監測方法。基于硅 基液晶在同樣的偏置電壓下，對不同波長入射光有不同的相位調制的 特性，對在硅基液晶波長工作范圍內的光信號實現分析與監測，并能 在入射光波長未知的條件下，對該波長進行測量，并能隨著相位調制 精度的提高，提高波長的分辨精度。本發明元件少，系統結構簡單緊 湊，對光路的準直要求不高，無需苛刻光路的耦合與復雜操作就能進 行波長的分辨，并且有著與入射光偏振態無關的特性，在分辨出波長 的同時，還能對入射光束的偏振態進行測量，適用范圍更廣。
華中科技大學
2021-04-14
硅基上III-V的直接外延及器件集成
采用光互連技術可以有效的解決集成電路進一步發展的尺寸限制同時可以極大的提高芯片間信息傳輸的速度和頻率。Si基光子集成是實現集成電路光互聯的核心技術和重要研究方向。然而，Si因為其間接帶系的特性很難作為發光材料使得Si基光源的缺失成為制約Si基光子芯片的瓶頸，而傳統Ⅲ-Ⅴ族材料如GaAs，InP等由于優良的光電轉換效率已經在光電子器件領域得到廣泛的應用。因此，Si基與Ⅲ-Ⅴ的集成是實現Si基光子芯片的一種理想途徑。
南京大學
2021-04-14
一種基于硅基液晶的波長分辨監測方法
本發明公開了一種基于硅基液晶的波長分辨監測方法。基于硅 基液晶在同樣的偏置電壓下，對不同波長入射光有不同的相位調制的 特性，對在硅基液晶波長工作范圍內的光信號實現分析與監測，并能 在入射光波長未知的條件下，對該波長進行測量，并能隨著相位調制 精度的提高，提高波長的分辨精度。本發明元件少，系統結構簡單緊 湊，對光路的準直要求不高，無需苛刻光路的耦合與復雜操作就能進 行波長的分辨，并且有著與入射光偏振態無關的特性，在分辨
華中科技大學
2021-04-14
一種基于硅基液晶的波長選擇開關
一種基于硅基液晶的波長選擇開關，屬于光交換器件，解決現 有基于硅基液晶的波長選擇開關輸出端口數量受到限制的問題。本發 明由設置在光路上的輸入單模光纖、偏振轉換組件、反射鏡、傅里葉 透鏡、衍射光柵、硅基液晶相位空間光調制器、自聚焦準直透鏡陣列 和輸出二維單模光纖陣列構成。本發明對需要交換的光束利用硅基液 晶相位空間光調制器實現二維偏轉，使波長選擇開關輸出光纖陣列的 光束由一維向二維轉化，能夠大幅度增加波長選擇開關輸出端
華中科技大學
2021-04-14
一種基于硅基液晶的波長選擇開關
一種基于硅基液晶的波長選擇開關，屬于光交換器件，解決現 有基于硅基液晶的波長選擇開關輸出端口數量受到限制的問題。本發 明由設置在光路上的輸入單模光纖、偏振轉換組件、反射鏡、傅里葉 透鏡、衍射光柵、硅基液晶相位空間光調制器、自聚焦準直透鏡陣列 和輸出二維單模光纖陣列構成。本發明對需要交換的光束利用硅基液 晶相位空間光調制器實現二維偏轉，使波長選擇開關輸出光纖陣列的 光束由一維向二維轉化，能夠大幅度增加波長選擇開關輸出端
華中科技大學
2021-04-14
中拓生物有限公司
中拓生物有限公司位于臨沂國家高新技術開發區，注冊資金5000萬元，是一家是專業從事體外診斷試劑、醫療設備及醫療耗材研發、生產、銷售的國家高新技術企業，公司致力于為人類健康提供有價值的診斷產品和服務。
公司擁有專業的研發、生產和管理運營團隊，具備自主研發制造試劑、設備的系統化專業能力，現已完成從試劑產品、醫療設備到專業化檢驗服務的全產業鏈發展布局，通過產品整合，可滿足醫學實驗室90%以上需求。
中拓生物自成立之初便將產品質量視為企業的生命，嚴格按照醫療器械生產質量管理規范及體外診斷試劑附錄要求進行管理。2018年通過了華光認證的ISO13485和ISO9001管理體系認證，將來自國內外的先進技術融入自己的產品，不斷推動中國檢驗醫學產品的創新與體外診斷產品創新技術的進步。自主研發出三類核心產品：生化檢測試劑、血液分析試劑、分子診斷試劑。試劑產品種類繁多，涵蓋了肝功類、血脂類、腎功類、心肌類、離子類、糖化代謝類、胰腺功能類、胃功能類、特種蛋白類、自由基類、核酸分子診斷等120余種體外診斷試劑測定試劑盒，服務涉及免疫檢測、微生物檢測、生化檢測、核酸檢測等領域，能夠為醫療機構提供全面的診斷產品和整體服務。
中拓生物有限公司
2021-08-24