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科研动态 | 我院张哲鸣研究员团队在国际能源化学顶刊《Journal of Energy Chemistry》发表研究成果
随着新能源汽车产业的快速发展，动力电池退役量激增，其资源化利用已成为保障产业链可持续发展、践行 “双碳” 目标的关键课题。近日，北京理工大学深圳汽车研究院（以下简称 “北理深汽院”）张哲鸣研究员团队在该领域取得重要突破，其开发的废旧钴酸锂正极材料高值化回收技术及高性能电催化剂制备成果，以《An upcycling strategy for creating phase-tunable cobalt sulfides@N,S co-doped carbon nanocomposite electrocatalyst from spent LiCoO₂ batteries》为题发表于能源材料领域一区 Top 期刊《Journal of Energy Chemistry》（影响因子 14.9）。硕士研究生王之洲为论文第一作者，北理深汽院张哲鸣研究员、卞海东副研究员为通讯作者，北理深汽院为第一通讯单位。
技术创新：构建绿色高效的废旧电池“升级回收” 新路径
传统废旧动力电池回收多聚焦于金属元素的简单提取，不仅流程复杂、成本高昂，还易产生环境污染，且难以实现材料的高值化利用。针对这一痛点，团队研发了一种基于低温固 - 固反应与水浸工艺的 “升级回收” 技术，实现了废旧 LCO 正极材料向高附加值钴硫化物（CoSₓ）基电催化剂的定向转化。
该技术的核心创新在于：
1.绿色提取流程：通过低温固 - 固反应结合水浸工艺，实现锂与钴的高效分离 —— 锂元素溶解于溶液中，可进一步制备高纯碳酸锂；钴元素保留于固体残渣中，直接用于合成电催化剂，全程无需强酸、强碱参与，从源头避免了有害废水的产生。
2.免纯化工艺：与传统湿法回收需额外提纯步骤不同，该技术制备的钴硫化物无需杂质提取即可直接作为电催化剂使用，大幅简化流程并降低成本。
3.相调控能力：通过精准调控热退火过程，可实现钴硫化物的相结构可调，涵盖 CoS₂、CoS₂/Co₃S₄、Co₃S₄/Co₁₋ₓS、Co₉S₈/Co₃S₄等单一及复合结构，为优化催化性能提供了精准调控手段。
性能突破：CoS₂/Co₃S₄异质结构电催化剂性能超越商用标准
实验结果表明，团队制备的 CoS₂/Co₃S₄@氮硫共掺杂碳复合材料在析氧反应（OER）中表现出卓越性能，核心指标全面超越商用 RuO₂催化剂：
1.析氧过电位：在 10 mA・cm⁻² 电流密度下，过电位仅为 237 mV，较商用 RuO₂降低 60 mV；
2.反应动力学：塔菲尔斜率为 52.1 mV・dec⁻¹，显著低于 RuO₂的 67.9 mV・dec⁻¹，表明反应速率更快；
3.稳定性：在 100 mA・cm⁻² 高电流密度下连续工作 40 小时，活性保持率高达 98.8%，得益于碳基体有效抑制了活性位点的团聚。
理论计算进一步揭示了性能优异的内在机制：CoS₂/Co₃S₄异质结构可将 OER 反应能垒降至 1.68 eV（CoS₂单一结构为 1.73 eV），并加速 Co³⁺向高活性 Co⁴⁺物种的转化，为催化活性提升提供了明确的理论支撑。
技术优势：绿色、低成本、高附加值的三重突破
相较于传统技术，该成果展现出显著的产业化潜力：
1.环保性：全程采用绿色流程，无强酸强碱参与，从根本上解决了传统回收工艺的废水污染问题；
2.经济性：与传统湿法回收技术相比，成本降低约 34%，且同步产出高纯碳酸锂与高附加值电催化剂，显著提升了回收产业链的经济效益；
3.应用价值：所制备的电催化剂在电解水制氢、金属 - 空气电池等新能源领域具有广阔应用前景，为废旧电池 “变废为宝” 提供了新路径。
总结与展望
该研究不仅为废旧动力电池的高值化回收提供了全新技术方案，更彰显了北理深汽院在新能源材料与环保技术交叉领域的科研实力，为推动新能源产业绿色可持续发展贡献了重要力量。
通讯作者简介
张哲鸣，博士，研究员。深圳市高层次人才。深圳市坪山区聚龙领军人才。现任北理深汽院动力电池资源化技术研究部部长，深港动力电池先进循环技术联合实验室主任。主要研究方向为动力电池资源化、新型储能材料及器件。主持及参与国自然面上、国家科技支撑课题、香港ESS、深圳市技术攻关及企业横向委托等多项科研及产业化项目。以通讯/第一作者在Appl. Catal. B Environ., Chem. Eng.J., J. Power Sources, ACS Sustainable Chem. Eng. 等国际一流期刊发表SCI论文40余篇。申请和授权国内及PCT发明专利30余项。牵头起草及参与地方及团体标准3项。担任国内外多家知名期刊编委及审稿人。北京理工大学、南方科技大学、深圳理工大学等高校业界导师。相关成果曾获高交会“优秀产品奖”。中国材料与试验团体标准委员会委员、电池回收及梯次利用技术委员会委员、深圳市电源技术学会专家技术委员会委员。2018年荣获深圳市南山区“科学传播贡献奖”。
卞海东，博士，副研究员，北京理工大学深圳汽车研究院，深圳市“高层次人才”，深圳市坪山区“聚龙英才”。2017年毕业于香港城市大学化学材料系，获博士学位，研究方向包括废旧动力电池资源化再生应用，动力锂/钠电池正负极材料的研发以及多功能电催化剂材料的制备，迄今共发表SCI期刊论文40余篇，多篇文章发表在国际高影响因子期刊上，包括Applied Catalysis B: Environmental，J. Power Sources，J. Am. Chem. Soc.，Adv. Funct. Mater.，J. Mater. Chem. A和Chem. Eng. J.等，授权专利3项，其中多项研究成果获得国内外同行高度评价和报道，主持或参与完成国家或地区多项科研项目。
张哲鸣研究员团队招聘启事
本课题组聚焦动力电池资源化回收领域，长期致力于关键技术创新与产业化落地，现面向海内外诚聘英才：
1.博士后：需化学、材料、环境等相关学科博士学位，具备科研创新能力；
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