自然科学奖公示.doc

自然科学奖公示一、项目名称：新型纤维状锂离子电池二、提名者：上海市科委/教育部/学会名称/专家姓名（需公示提名专家的姓名、工作单位、职称和学科专业）提名专家姓名工作单位职称学科专业杨玉良复旦大学教授高分子化学与物理杨柏吉林大学教授高分子化学与物理樊春海上海交通大学教授分析化学三、提名意见：彭慧胜教授领导的研究团队，在新型锂离子电池方面做出了多个重要发现：发展出取向碳纳米管与活性纳米组分复合制备纤维电极的普适性方法，揭示了纤维电极多尺度螺旋结构有效促进电荷在复合纤维中快速传输的机制，提出并发展出一系列新型纤维状锂离子电池。与传统的块状结构相比，纤维状锂离子电池具有良好的柔性和弹性以及优异的电化学性能，可通过纺织方法实现纤维电池单体的集成，制备新型储能织物，实现规模化应用。以上系统的创新研究工作，涵盖了纤维状锂离子电池在材料、结构和性能等方面的关键科学问题。该项目的8篇代表性论文，包括2篇NatureNanotechnol.、1篇NaturePhoton.、2篇Angew.Chem.Int.Ed.和3篇Adv.Mater.。上述8篇代表性论文被SCI合计他引1157次，单篇最高SCI他引323次，第一完成人彭慧胜教授获得了科睿唯安2018年全球“高被引科学家”。该项目研究成果2次被Nature、4次被Nature子刊、1次被Angew.Chem.Int.Ed.以研究亮点报道。基于该项目研究成果，项目团队先后应邀在NatureProtoc.、NatureRev.Mater.等撰写综述，应邀出版了《Fiber-ShapedEnergyHarvestingandStorageDevices》和《新型纤维状电子材料与器件》2部专著。该项目研究工作获得了34项中国发明专利授权进行系统的知识产权保护，其中24项实现了技术转让。提名该项目为国家自然科学奖二等奖。四、项目简介：近十年来，在智能交通、电子通讯、生物医学、航空航天等重大战略领域，电子设备正不断向轻薄化、微型化、柔性化、集成化的方向快速发展，迫切需要相匹配的新型储能系统。该项目提出并发展出取向碳纳米管与电池活性材料复合制备柔性纤维电极的普适性方法，揭示了纤维电极多尺度螺旋结构促进电解液浸润和电荷快速分离与传输的机制，最终提出并发展出一系列新型纤维状锂离子电池。该类电池具有良好的柔性和弹性以及优异的电化学性能，并可通过纺织方法实现纤维电池单体的集成和规模化应用，有效满足新型电子设备的需要。（1）提出并发展出制备纤维电极的普适性方法，发现碳纳米管三维包缠结构是实现复合纤维电极优异力学、电学和电化学性能的关键。提出原位化学合成和物理共加捻两类普适性方法，制备了碳纳米管与电化学活性材料复合的一系列纤维电极；通过设计碳纳米管三维包缠结构，有效解决了电极在弯折过程中导电网络失效的科学难题；揭示了不同维度纳米材料在复合纤维电极中协同作用的基本规律，发展出一系列高性能的纤维电极材料。（2）揭示了多尺度螺旋纤维结构促进电荷快速传输的机制，发展出高性能的纤维状锂离子电池。发现多级螺旋纤维电极中形成的多尺度取向孔道结构有效促进电解质的浸润和吸附，纤维中的取向结构也大幅度提升电荷传输效率；揭示了锂离子和电子在纤维电极内部、集流体与活性组分之间、电极与电解质界面、电极之间的传输机制；发展出一系列高能量密度、高稳定性的纤维状锂离子电池。（3）设计并发展出柔性和弹性的纤维状锂离子电池，通过单体纤维电池的集成形成透气、导湿的新型储能织物。提出并发展出弹性的纤维状锂离子电池，通过纺织方法获得了高能量密度和高功率密度的储能织物，满足人体等柔软基底的应用要求，为可穿戴设备等新兴领域在供能系统上面临的瓶颈难题提供了新的解决思路。上述研究工作涵盖了纤维状锂离子电池在材料、结构和性能等方面的关键科学问题。该项目的8篇代表性论文，包括2篇NatureNanotechnol.、1篇NaturePhoton.、2篇Angew.Chem.Int.Ed.和3篇Adv.Mater.。上述8篇代表性论文被SCI合计他引1157次，单篇最高SCI他引323次，第一完成人彭慧胜教授获得了科睿唯安2018年全球“高被引科学家”。该项目研究成果2次被Nature、4次被Nature子刊、1次被Angew.Chem.Int.Ed.以研究亮点报道。基于该项目研究成果，项目团队先后应邀在NatureProtoc.、NatureRev.Mater.等撰写综述，应邀出版了《Fiber-ShapedEnergyHarvestingandStorageDevices》和《新型纤维状电子材料与器件》2部专著。该项目研究工作获得了34项中国发明专利授权进行系统的知识产权保护，其中24项实现了技术转让。基于该项目，第一完成人彭慧胜获得国家杰出青年基金、教育部长江学者特聘教授、英国皇家化学会Fellow等20多项学术荣誉；主要完成人王永刚获得国家优秀青年基金和中国电化学青年奖、孙雪梅入选上海市青年科技启明星。五、客观评价：新型储能器件是近二十年来国际上的一个热点研究领域。被提名人基于高性能纤维材料的长期研究积累，发现了基于取向碳纳米管的新型纤维状锂离子电池。在纤维电极的制备、多层次组装结构、器件结构设计、纤维状锂离子电池电荷传输机制和规律等方面做出了系统性、创新性成果，得到了国际学术界的广泛认可。电池材料专家、斯坦福大学的YiCui教授（Adv.Mater.2017,29,1603436；代表性引文1）认为，被提名人是“柔性及可拉伸电池领域的引领者”（…HuishengPeng’sgroupfromFudanUniversityisthepioneerintheresearchofflexibleandstretchablebatteries…）。电池领域专家、韩国UlsanNationalInstituteofScienceandTechnology的JaephilCho教授（Adv.Mater.2015,27,1396；代表性引文2）认为，被提名人等“引领了一维电池的发展方向”（…Pengandco-workershavepioneeredthedirectiononone-dimensionalbatteries…）。柔性材料与器件专家、中国科学院沈国震研究员（Adv.Funct.Mater.2018,1805596；代表性引文3）也认为，被提名人等“引领了柔性纤维状锂离子电池”（…Researchesonflexiblefiber-shapedLIBswerepioneeredbyProf.HuishengPenginFudanUniversity…）。力学专家、美国TheUniversityofIowa终身教授RayP.S.Han教授（Adv.EnergyMater.2016,6,1600490；代表性引文4）认为，该项目的研究工作“为发展更高效的可穿戴锂离子电池开辟了一个新的研究方向”（…hasbecomeafutureresearchdirectionfordevelopingmoreefficientandbetterwearerLIBs…）。项目研究成果的其他反响可具体归纳为以下三个方面。（1）对该项目中发展的复合纤维电极结构、机制和规律的肯定。对于取向碳纳米管复合纤维电极的制备工作，Nature在2014年11月以“ResearchHighlights”进行专题报道（[3]）；NatureAsiaMaterials和NatureChina分别以研究亮点进行报道，2009年11月被NatureAsia-Pacific评为“TopTenResearchHighlights”且排名第一（[5]），在NatureNanotechnology创刊10周年专刊中入选“Tenyearsinimages”并被重点介绍（[6]）；NaturePhotonics以News&Views进行专题亮点报道（[7]）。国际碳材料专家、美国CaseWesternReserveUniversity的LimingDai教授（J.Mater.Chem.A2014,2,10756）认为，被提名人在新型电极构建方向取得了重大突破（…AgreatbreakthroughhasbeenmaderecentlybyPeng'sgroup…）。新加坡南洋理工大学YuanChen教授（Chem.Soc.Rev.2015,44,647；代表性引文5）在综述中用3个段落详细介绍了该项目中的各类复合纤维制备方法，引用代表性论文[1、4和8]，强调了纤维电极多孔结构可以通过提升电极与电解液的接触面积而提高电化学性能。中国科学院金属研究所的成会明院士（EnergyEnviron.Sci.2014,7,1307）引用并详细介绍了代表性论文[1]，认为利用低维纳米材料有利于增加活性材料的负载量，并缩短电荷传输距离，进而提升电极电化学性能。香港理工大学的HaitaoHuang教授（J.Mater.Chem.A2015,3,20863）在综述中用500多个单词和3幅图系统介绍了代表性论文[1、2和7]，强调了取向碳纳米管同时作为电极活性材料和集流体的重要作用。（2）对该项目中发明的纤维状锂离子电池的肯定。构建新型纤维状锂离子电池的工作，代表性论文[4]在2014年6月被Nature以“ResearchHighlights”进行专题报道，称其为“可穿戴电子提供更好能源迈进了一步”（…asteptowardsbetterpowersourcesforwearableelectronics.）；同时也被Angew.Chem.Int.Ed.以“NewsRelease”进行专题亮点报道。商用锂离子电池凝胶电解质的开发者之一、最早为商业电动汽车开发出全固态电池的ClaudioCapiglia教授（J.Mater.Chem.A2016,4,16771;代表性引文6），在综述中用1800个单词和3幅图详细介绍了代表性论文[1-4和8]，高度肯定了该项目在新型储能织物方面的研究工作。苏州纳米所的李清文研究员（Adv.Mater.2016,28,10529），在关于智能织物的综述中，引用并详细介绍了代表性论文[4]，强调了这类器件在智能织物中的应用潜力。澳大利亚MonashUniversity的WenlongCheng（Adv.EnergyMater.2017,7,1700648；代表性引文7）在综述的2个段落中用3幅图系统介绍了代表性论文[2-4]，肯定了纤维储能器件的结构和高性能。新加坡南洋理工大学的PengChen教授（Mater.Today2015,18,4,215）引用代表性论文[1、2和4]，肯定了碳纳米管复合材料构建的纤维状锂离子电池的优异性能。澳大利亚SwinburneUniversityofTechnology的CuieWen教授（Adv.Funct.Mater.2016,26,647）引用代表性论文[2和5]，强调了通过碳纳米材料限制电极活性材料在充放电过程中的体积变化以增加电池长效稳定性的重要作用。新加坡南洋理工大学的XiaodongChen教授（Chem.Rev.2017,117,12893）引用代表性论文[3和4]，肯定了弹簧状结构在构建可拉伸纤维状储能器件中的重要作用。北京理工大学的曲良体教授（EnergyEnviron.Sci.2015,8,31）引用代表性论文[4]，肯定了可拉伸电极结构对促进纤维状锂离子电池在便携式领域发展的重大意义。其他包括日本柔性电子学专家UniversityofTokyo的TakaoSomeya教授（Adv.Mater.2017,29,1605848）、澳大利亚科学院院士GordonG.Wallace教授（Adv.EnergyMater.2015,5,1500959）、西班牙巴塞罗那科学院PedroGomez-Romero教授（Chem.Soc.Rev.2018,47,2065）等，均充分肯定了该项目成果在柔性储能器件发展中的重要作用。（3）该项目为新型储能器件领域提