长期从高性能二次离子电池储能材料的研究，近年来开辟机器学习与第一性原理计算方向，利用数据科学提高研发效率。主持国家自然科学基金青年基金一项，中国博士后科学基金1项，教育部重点实验室开放课题2项，并以骨干身份参与国家自然科学基金、中科院战略先导项目（A类）子课题2项，授权专利3项。2020年荣获沈阳市自然科学学术成果三等奖，2021年获评沈阳市高层次人才-拔尖人才。目前在Adv. Energy Mater.，Adv. Sci.，CCS Chem.等期刊上发表SCI论文41篇，引用1705次，H因子18，其中第一作者/通讯作者（含共同）论文17篇。研究介绍如下：
（1）高比能动力电池
为了提高电池能量密度，需要克服碳基材料比容量低（300 mAh g-1）的问题。为此我们研究了高比容量合金负极材料。合金材料比容量可以达到碳材料容量的2-3倍，但由于电化学过程体积膨胀剧烈，容易导致电极粉化和破裂，制约了电池的循环寿命。我们首先利用气相沉积法制备了Sn-Fe-C纳米片材料，其中Sn和Fe3O4作为电化学活性成分提供比容量，Fe3C作为非电化学活性成分抑制材料体积膨胀，沉积过程形成的碳纳米片促进了电子的长程输运。材料作为锂离子电池负极比容量可以稳定在800 mAh g-1。相关研究成果发表在Chem. Asian J., 2015, 10, 2460。此外利用Sn和Se电化学反应的异步性，分别制备了SnSe和SnSe2材料，当其中一种元素反应时，另一种元素作为基质缓冲体积膨胀。进一步与碳复合后的材料在钠离子电池中表现出了良好的循环稳定性。相关研究成果分别发表在Chem. Eur. J., 2016, 22, 1445和Mater. Lett. 2021, 284, 128989。
（2）长寿命大规模储能电池
由于锂资源在地表分布不均、储量有限，随着锂离子动力电池在新能源汽车和消费电子产品中的广泛应用，锂的价格逐年升高，使得锂离子电池在大规模储能领域的成本过于高昂。钠、钾在海水中储量丰富、易于提取，且钠、钾离子电池与锂离子电池工作原理相近，因此在价格方面具有较大优势。相较于传统抽水、机械能等储能方式，电化学储能转换效率高、存储时间长、自放电低，因此钠、钾离子电池在清洁能源的大规模存储领域具有广阔的应用前景。
申请人首先合成了聚阴离子正极材料磷酸钒钠和氟磷酸钒钠，并研究了果胶提取物、羧甲基纤维素等水系粘结剂对电化学性能的影响。研究发现，相较于传统有机粘结剂，水系粘结剂粘附力更强、溶胀恶化更小、离子传导更快速，从而有效提高电池的电化学性能。50 C倍率下，循环寿命可以达到15000次，几乎是锂离子电池寿命（平均300~500次计算）的30~50倍。相关文章发表在J. Mater. Chem. A 2019, 7, 1548和Adv. Sci. 2018, 5, 1700768。
接着我们优化了负极材料，基于非晶锡基氧化物分子级限域结构的设计思想，利用高能球磨制备了非晶Sn2P2O7/石墨烯复合材料，材料具有优异的快速充放电能力，动力学分析表明快速充电时相当大部分容量来源于赝电容的贡献，因此循环寿命可达15000次。相关成果发表在Adv. Energy Mater., 2018, 8, 1701827（共同第一作者），入选Web of science ESI高被引。此外我们还利用纳米自组装方法合成了立方相CuSe晶柱，材料具有更窄的带隙和更高的电导率，从而在钠离子和钾离子电池中都表现出了优异的电化学性能。相关研究发表在Adv. Energy Mater., 2019, 9, 1900323（共同第一作者），被选为back cover。
（3）技术储备
此外，由于大规模储能对循环寿命和安全性要求较高，而对能量密度要求不高，所以我们还研究了水系离子电池，作为技术储备。主要有水系钾离子电池、水系金属电池、锂/镍混合电池等，分别发表在Sustain. Energ. Fuels 2020, 4, 128、Chem. Eng. J. 2020, 127441、J. Electroanal. Chem. 2021, 882, 115033、CCS Chem. 2020, 2, 2498等国际著名期刊。
图1. 部分研究高亮图片
文章列表：
第一作者/通讯作者论文：
1. Xu Yang#, Rongyu Zhang#, et al. Amorphous tin-based composite oxide: A highrate and ultralong-life sodium-ion storage material. Adv. Energy Mater. 2018, 8, 1701827. (IF= 29.698，共同一作) ESI高被引
2. Hezhe Lin#, Malin Li#, Xu Yang#, et al. Nanosheets-assembled CuSe crystal pillar as stable and high-power anode for sodium-ion and potassium-ion batteries. Adv. Energy Mater. 2019, 9, 1900323. (IF= 29.698，共同一作)
3. Jing Zhao#, Xu Yang#, Shuyue Li, et al. Hybrid and Aqueous Li+-Ni Metal Batteries. CCS Chem. 2020, 2, 2498. (IF未出，共同一作)
4. Jing Zhao#, Xu Yang#, et al. Moving to aqueous binder: A valid approach to achieving high-rate capability and long-term durability for sodium-ion batteries. Adv. Sci. 2018, 5, 1700768. (IF= 17.521，共同一作)
5. Shuyue Li#, Xu Yang#, Xue Li, et al. Aqueous nickel-ion battery with Na2V6O16•2H2O nanowire as high-capacity and zero-strain host material. Chem. Eng. J. 2020, 127441. (IF= 16.744，共同一作)
6. Jing Zhao#, Xu Yang#, et al. Utilization of biomass pectin polymer to build high efficiency electrode architectures with sturdy construction and fast charge transfer structure to boost sodium storage performance for NASICON-type cathode. J. Mater. Chem. A 2019, 7, 1548. (IF= 14.511，共同一作)
7. Rongyu Zhang, Ping Ren, Shifeng Xu, Dan Xu, Sai Wang, Xiaofei Bian, Jia Ma, Heng Wang, Xu Yang*. A new research perspective: The application of potassiated alloy/carbon composite counter electrode in fundamental and practical research of K-ion batteries, Electrochim. Acta, 2022, 403, 139687. (IF= 7.336,通讯作者)
8. Hong Chen, Zhongyu Zhang, …Xu Yang*, et al. Use of a water-in-salt electrolyte to avoid organic material dissolution and enhance the kinetics of aqueous potassium ion batteries. Sustain. Energ. Fuels 2020, 4, 128. (IF= 6.813，共同通讯)
9. Xu Yang, Rongyu Zhang*. High-capacity graphene-confined antimony nanoparticles as a promising anode material for potassium-ion batteries. J. Alloy. Compd. 2020, 834, 155191. (IF= 6.371，第一作者)
10. Xiaofei Bian, Rongyu Zhang, Xu Yang*. Effects of structure and magnetism on electrochemistry of the layered Li1+x(Ni0.5Mn0.5)1-xO2 cathode material. Inorg. Chem. 2020, 59, 17535. (IF=5.436，通讯作者)
11. Xu Yang, Rongyu Zhang*, Shifeng Xu, et al. Graphene/amorphous carbon restriction structure for stable and long-lifespan antimony anode in potassium-ion batteries. Chem. Eur. J. 2020, 26, 5818. (IF=5.020，第一作者)
12. Xu Yang, Rongyu Zhang, et al. Assembly of SnSe nanoparticles confined in graphene for enhanced sodium-ion storage performance. Chem.-Eur. J. 2016, 22, 1445. (IF= 5.020，第一作者)
3. Xu Yang, Rongyu Zhang, et al. Preparation and electrochemical properties of tin-iron-carbon nanocomposite as the anode of lithium-ion batteries. Chem.-Asian J. 2015, 10, 2460. (IF=4.05，第一作者)
14. Xu Yng, Rongyu Zhang*, Shifeng Xu, et al. Effect of carbon dimensions on the electrochemical performance of SnSe2 anode for Na-ion batteries. Mater. Lett. 2021, 284, 128989. (IF=3.204，第一作者)
15. Rongyu Zhang, Xu Yang*, Shifeng Xu, et al. A kinetics study on intercalation pseudocapacitance of layered TiS2 in K-ion batteries Phys. Chem. Chem. Phys. 2019, 7, 1548. (IF= 3.945，通讯作者)
16. Sai Wang*, Shaowei Lu, Xu Yang*, et al. Pseudocapacitive MoOx anode material with super-high rate and ultra-long cycle properties for aqueous zinc ion batteries. J. Electroanal. Chem. 2021, 882, 115033. (IF=3.81，共同通讯)
17. Xu Yang, Fei Du, et al. Effect of nonmagnetic impurity doped on the structural and magnetic properties of quasi-onedimensional antiferromagnet LiCuVO4. Chem. Res. Chinese U. 2015, 31, 457. (IF=1.06，第一作者)
科研项目：
1. 国家自然科学基金青年基金：“交变外磁场诱导涡流效应调控电化学反应过程研究”，30万，2022/01-2024/12，在研，负责人；
2. 教育部重点实验室开放课题：“钠离子电池非晶锡基负极材料的分布式限域结构设计与构-效关系研究”，15万元，2022/09-2023/08，在研，负责人；
3. 教育部重点实验室开放课题：“外部阳离子诱导V2O5结构重排与钙离子存储研究”，5万元，2021/09-2022/08，已结题，负责人；
4. 中国博士后科学基金：“高性能钠离子电池及柔性储能器件的研究”，5万元，2016/07-2018/06，已结题，负责人；
5. 国家自然科学基金面上项目：“锂空气电池新型纳米金属基空气正极的原位界面构筑及储能机理研究”，62万元，2018/01-2021/01，在研，第一参与人；
6. 中科院战略先导（A类）子课题：“常温常压水溶液体系化学合成氨关键技术突破”，170万元，2019/01-2021/01，在研，参与人；
7. 长春市科技局地市院所合作项目：“新能源电动汽车用锂-空气二次电池关键材料与器件的研究”，25万元，2019/01-2021/01，在研，第二参与人。
专利：
1. 张蓉瑜，杨旭，王雪娇，董玉娟，一种钠离子水系电池，专利授权号：ZL201820931109.0
2. 张蓉瑜，杨旭，王雪娇，董玉娟，郑慧玲，姚传刚，陈双龙，一种安全性高的钾离子电池，专利授权号：ZL201920412077.8
3. 张蓉瑜，杨旭，王赛，徐丹，杨姝，一种锂电池负极材料去磁装置，专利授权号：ZL202011248705.7
图2. 电池制备、测试相关设备
