刘晓霞

女， 东北大学理学院化学系， 教授/研究员/教授级高工或同等级别

学习/工作经历

1980-09 至 1984-07，吉林大学，化学系，学士
1986-09 至 1989-01，东北大学，化学系，硕士
1996-12 至 2000-05，香港大学，化学系，博士
1984-07 至 1986-08，沈阳工业学院，应化所，助教
1989-01 至 1989-12，东北大学，化学系，助教
1990-01 至 1995-05，东北大学，化学系，讲师
1995-06 至 1996-11，东北大学，化学系，副教授
2000-05 至 2002-05，东北大学，化学系，副教授
2006-03 至 2006-12，德国马普学会固态研究所，客座教授
2002-06 至 今，东北大学，化学系，教授

研究领域和兴趣

电化学储能

主要业绩

申请人现为东北大学二级教授，主要针对电化学储能系统开展研究工作，设计合成了先进储能材料，研究了其在水系电池、超级电容器等具有高安全性、高功率、低成本等特性的储能器件中的应用和储能机理，取得了创新研究成果，在重要期刊上发表SCI论文近200篇，以第一完成人身份获得了辽宁省科学技术奖励-自然科学一等奖。
申请人建立了利用石墨烯原位电化学部分剥离组建三维碳集流体方法，设计了通过在碳集流体上引入适量含氧官能团建立集流体与储能材料之间相互作用、储能材料价态调控、微纳结构构建、无机-有机原位电化学共生长促进强相互作用等策略，有效解决了赝电容型超级电容器循环充放电稳定性低、活性物质载量提高后储能利用率和倍率性能下降等关键问题，为促进具有高安全性、高稳定性、高功率特性和低成本优势的储能器件发展做出了有益贡献。主要工作概述如下：
1. 电化学构建功能化三维碳集流体
设计温和的电化学方法，在石墨箔上基底上剥开直立且相互搭接成孔的石墨烯片层，并引入适量含氧官能团，构建功能化三维碳集流体，为诱导集流体与储能活性材料之间产生强相互作用奠定了重要基础，进而保证了通过在集流体上原位生长活性材料构建的赝电容电极长期稳定储能。相关工作受到国内外学者的重要关注，例如电化学储能领域著名专家、香港大学支春义教授在发表于Nano Energy上的ESI高被引综述论文中（2016，22,422），利用2段半共41行文字、及含集流体构建机理和电极稳定性研究的申请人发表论文数据原图，详细介绍了申请人关于构建三维碳集流体、聚吡咯电极稳定性提升策略等的研究工作，指出申请人组装的电容器经1万次循环充放电后表现出非凡的97%容量保持率，聚吡咯生长于弹性基底是缓冲其体积变化的简单有效方法，为提高循环稳定性提供了可取方案。
2. 激活赝电容电极体相储能潜力
深入分析了氧化锰的电化学沉积过程，设计了分步电化学生长方案，实现了一维-MnO2纳米棒阵列在环绕碳纤维的二维-MnO2纳米片的两个表面生长，构建了具有三级微纳结构、活性物质负载量达到商用储能器件要求（10 mg/cm2）的自支撑电极。借助多级结构保证了电解液离子在电极上快速传输，通过-MnO2纳米片和生长于其表面的-MnO2纳米棒阵列之间的多接触位点形成高速电子传导通道，并利用大量异质界面产生的丰富结构缺陷引入更多电化学活性位点，赋予了电极极高的面积比电容（3.04 F/cm2@3 mA/cm2电流密度）和快速充放电能力，在高达30 mA/cm2的电流密度下，其面积比电容仍高达1.9 F/cm2。以其为正极组装的非对称超级电容器可在2 V电压下稳定储能，体积能量密度高达8.25 mWh/cm3（体积功率密度：0.28 W/cm3）。国家杰出青年基金获得者文桂林教授在其发表的综述论文中（Nanoscale，2020,12,5261），将该工作作为活性物质负载量达到商用储能需要（810 mg/cm2）的赝电容电极的唯一例子予以报道，指出在刘课题组报道的由碳纤维布集流体上的-MnO2纳米片和-MnO2纳米棒阵列组成的多级结构电极上，负载量达到10 mg/cm2的氧化锰得到了有效储能利用。
3. 构建高电压稳定储能非对称电容器
通过在编织于碳纤维布集流体上的碳纤维表面引入NiO晶种导向原位生长NiO纳米片阵列，构建了由氧化物纳米片阵列和编织于集流体上的碳纤维组成的多级微纳结构自支撑赝电容电极。在消除常规电极死体积的同时，利用多级微纳结构提高电极表面积，并在电极上建立电解液存储库，缩短电解液离子迁移至NiO纳米片的距离，促进离子在电极上快速传输参与储能反应。在泡沫镍集流体上原位生长了还原氧化石墨烯，构建负极。合理匹配正负极活性物质负载量和储能电位窗口，组建了高电压稳定储能的非对称超级电容器。电化学储能领域顶级科学家、国际顶级学术期刊Science的reviewing editor、美国加利福尼亚大学洛杉矶分校Nippon Sheet Glass Chair首席教授Bruce Dunn，在其发表在Chemical Reviews上的ESI高被引综述论文（2018, 118, 9233）中报道了该工作，认为项目组设计了有吸引力的非对称电容器组装方法。同为中国科学院院士的成会明和包信和研究员在其发表在Energy Storage Materials上的ESI高被引综述论文（2017, 6, 70-97）中指出，这一工作值得特别关注之处在于利用大活性物质负载量电极构建非对称超级电容器，这非常有助于促进实际储能应用。

代表成果

1. 刘晓霞、孙筱琪、宋禹、黄子航、栾峰，辽宁省科学技术奖励-自然科学一等奖，高性能赝电容电极设计及高能量超级电容器构建方法研究，2022年6月。
2. Jianming Meng, Yulai Lin, Yuqing Wang, Peng Hei, Ya Sai, Jing Wang, Xiaoqi Sun, Xiao-Xia Liu, Yu Song, Cold-Optimized Zinc-Ion Batteries: Enhanced Stability at -5 °C, Angewandte Chemie-International Edition, 2025, 64, e202503435.
3. Zhihui Wang, Yu Song, Jing Wang, Yulai Lin, Jianming Meng, Weibin Cui, Xiao-Xia Liu, Vanadium Oxides with Amorphous-Crystalline Heterointerface Network for Aqueous Zinc-Ion Batteries, Angewandte Chemie-International Edition, 2023, 62, e202216290.
4. Duo Yang, Yu Song, Ming-Yue Zhang, Zengming Qin, Jie Liu, Xiao-Xia Liu, Solid-Liquid Interfacial Coordination Chemistry Enables High-Capacity Ammonium Storage in Amorphous Manganese Phosphate, Angewandte Chemie-International Edition, 2022, 61, e202207711.
5. Song Yu, Pan Qing, Lv Huizhen, Yang Duo, Qin Zengming, Zhang Ming-Yue, Sun Xiaoqi, Liu Xiao-Xia, Ammonium-Ion Storage Using Electrodeposited Manganese Oxides, Angewandte Chemie-International Edition, 2021, 60, 5718–5722.
6. Yaozhi Liu, Zengming Qin, Xianpeng Yang, Jie Liu, Xiao-Xia Liu, Xiaoqi Sun, High-Voltage Manganese Oxide Cathode with Two-Electron Transfer Enabled by a Phosphate Proton Reservoir for Aqueous Zinc Batteries, ACS Energy Letters 2022, 7, 1814−1819.
7. Kuo Wang, Tong Qiu, Lu Lin, Xiao-Xia Liu, Xiaoqi Sun, A low fraction electrolyte additive as interface stabilizer for Zn electrode in aqueous batteries, Energy Storage Materials, 2023, 54, 366–373.
8. Shuqi He, Yaozhi Liu, Hong Wu, Wenjun Zhao, Zhiqing Xue, Yue Zhang, Sibo, Wang, Jing Wang, Xiao-Xia Liu, Xiaoqi Sun, A Tiron redox mediator enabling dominant two-electron transfer energy storage in MnO2 cathode materials for aqueous Zn batteries, Advanced Functional Materials, 2026, 36, e19798.
9. Guoli Zhang, Wenchao Fu, Jiaqi Zhu, Zhiqing Xue, Tong Qiu, Ping Lu, Xiaoliang Yu, Xiao-Xia Liu, Xiaoqi Sun, A Catechol Grafted Polymer Binder Regulating Cation Storage Behaviors in MnO2 Cathode for Rechargeable Aqueous Zn Batteries, Advanced Functional Materials, 2025, 35, e11607.
10. Zi-Hang Huang, Yu Song, Dong-Yang Feng, Zhen Sun, Xiaoqi Sun, Xiao-Xia Liu, High Mass Loading MnO2 with Hierarchical Nanostructures for Supercapacitors. ACS Nano, 2018, 12, 3557-3567.

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