近三年,工程研究中心面向省级战略任务和重点工程建设需求,提供关键零部件研发、试验测试及其技术产品和装备等,支撑相关任务或建设取得进展的有关情况。简要列举工程研究中心直接或间接参与省级专项规划的任务、重大科技专项以及重大工程情况。
1.半导体产业的高纯硅基材料方向
植根于湖北鄂东地区优质丰富的脉石英矿石资源,在充分了解大别山造山带石英资源的工艺矿物学特性、成矿地质背景及相关提纯理论的基础上,通过选矿、制砂、除杂系列工艺及技术创新,通过完善的矿样数据库分析和原矿筛选,以期实现百公斤级,4N-5N不同纯度级别高纯石英砂产品的自动化产线示范生产,使所得产品的技术指标达到或优于目前广泛进口的美国尤尼明公司IOTA系列高纯石英砂产品。近三年来,中心团队主持承担省级重点研发专项和中央引导地方科技发展专项各1项。
2.全固态电池实用化固体电解质及基础原料开发与应用方向
目前该方向研究已经取得以下初步进展:
(1)采用有别于传统常压方法的极端高压法研究了氧化物系型锂离子导体。探索具有硫化物超离子导体结构的氧化物系锂离子导体,获得的材料在LISICON结构体系内具有最高的离子电导率,成果被国内外多名专家认可和赞同,通过中子散射数据结构解析获得的精确晶体结构数据被其他研究者用做模板文件用于解析获得具有新组成的同结构材料;
(2)融合理论计算结合机器学习法进行快速新型锂离子导体的探索,获得了一定的理论计算及机器学习法快速预测指导超离子导体的探索技术经验。预测筛选指导探索超锂离子导体,分别在氧化物和卤化物固体电解质中筛选指导合成出了具有高离子电导率的材料其中获得的具有LISICON结构材料的离子电导率性能在申请人前期工作的基础之上得到了进一步的提高,目前是LISICON结构体系中具有最高离子电导率的材料,成果被多名著名科学家认可;
(3)在固态电池3D打印技术上取得一定的技术进展,通过3D打印技术制备了常温下无需加压能正常工作的固态软包电池,实现了从半固态到全固态,从微型纽扣电池到动力型软包电池制造技术的进步。固体电解质材料研究成果已经供给国内40多家研究机构和企业应用于基础研究和产业化试验,与多家电池头部企业建立了稳定的合作关系。高性能固体电解质材料在产、学、研上不断地完善进步,将可为省、市新型产业布局和传统产业的优化升级做出贡献。该方向成员均为2021年后入职的年轻博士,其中3人为留日名校博士、博士后,1人为国内获得博士学位的外籍博士,所学专业均围绕锂离子电池正极、负极、固体电解质、隔膜关键材料方向,研究方向相对集中、目标一致。自形成团队以来,成员入职后分别获得省“百人计划”创新(2021)、国家自科青年基金(2022)、省杰青(2023)、市“青年拔尖人才”(2022)、省教育厅重点项目(2022)、校级高层次人才(2021)、并获得6项企业横向科研项目,总经费达数百万元;初步形成了国家、省、市、校、企多方支持协同发展的态势。全固态电池是目前研究、投融资、产业化的热门赛道,有望于弥补现有锂电池安全性、续航和快充不足的缺陷;近期不断涌现的有关固态电池前沿材料的性能和技术突破,普遍认为将于2030年前将实现量产和应用,将主要应用于新能源汽车等民用领域,有望形成万亿级的市场。该方向将围绕全固态电池量产为目标,发挥各自专业特长,分工合作,共同推进全固态电池关键材料和技术的基础研究及产业化应用,以科研促进教学、学科和团队发展,为地方高校应用型技术人才培养和社会服务做出一定的贡献,有望在省内、尤其是地方州市形成实实在在具有一定影响力的前沿科技创新平台。
3.在高性能炭基超级电容器电极材料开发方向
近年来,团队在该领域开展了一系列关键性研究,有着扎实的研究基础,相关的研究成果在国际权威性期刊共发表SCI论文80余篇,获得授权国家发明专利5项。近年来,该方向获批国家自然科学基金1项,湖北省高校中青年科技创新团队项目1项,湖北省自然科学基金2项,企业委托项目4项,连续两次获得黄冈师范学院学科团队项目支持。团队的高导电性电容炭已于大冶展旺新材料科技有限公司展开中试阶段。