STTR Phase I: Novel Batteries Based on Functionalized Hexagonal Boron Nitride with High Energy, High Power, Long Cycle Life, and Thermal Stability

STTR第一期:基于功能化六方氮化硼的高能量、高功率、长循环寿命和热稳定性的新型电池

基本信息

  • 批准号:
    2109286
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 25.6万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2022-01-15 至 2023-04-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The broader impact/commercial potential of this Small Business Technology Transfer (STTR) Phase I project is the development of lightweight, thermally safe batteries with high energy densities that can be charged fast, last a long time, are composed of environmentally benign materials, and can store energy at a low cost. Such batteries would enable the large-scale penetration of long-range electric cars and other electric vehicles, including airplanes and drones in transportation. This process reduces environmental pollution and leads to greater energy efficiency.This STTR Phase I project proposes to use boron nitride based layered ceramic materials as a means of storing electrochemical energy in solid state batteries. This project enhances scientific and technological understanding on the design of advanced functional materials for energy storage at the atomic level. To achieve the targeted high performance energy storage at the macroscopic level, the underlying material structures must be carefully selected on the atomic and molecular levels. Two-dimensional materials, such as graphene or hexagonal boron nitride, may contain functional groups that can be reversibly reduced and oxidized and can be utilized as electroactive species in cathodes of rechargeable batteries. The great advantage of these materials is that they can realize simultaneously high energy and power density for thousands of charging/discharging cycles as demonstrated in graphene oxide batteries with lithium and sodium anodes. Graphene oxide is, however, thermally unstable. The project proposes to substitute graphene oxide with functionalized boron nitride in order to achieve thermal stability while preserving performance. Furthermore, the functionalized boron nitride is also capable to play the role of a solid electrolyte in addition to being an electroactive species. Particular focus will be made on synthesizing -OBF3 functionalized boron nitride. This functional group occurs as a Lewis adduct of surface oxides (such as graphene oxide or boron nitride oxide) with BF3 (an electrolyte component) and is particularly promising as a compact electroactive species and electrolyte.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
该小型企业技术转让 (STTR) 第一阶段项目的更广泛影响/商业潜力是开发具有高能量密度的轻质、热安全电池,可以快速充电、持续时间长、由环保材料组成,并且可以低成本储存能量。这种电池将使远程电动汽车和其他电动汽车(包括交通领域的飞机和无人机)大规模普及。 这一过程减少了环境污染并提高了能源效率。STTR 第一期项目建议使用氮化硼基层状陶瓷材料作为固态电池中储存电化学能的手段。 该项目增强了对原子级储能先进功能材料设计的科学和技术理解。 为了在宏观层面实现高性能储能目标,必须在原子和分子水平上仔细选择底层材料结构。 二维材料,例如石墨烯或六方氮化硼,可以含有可以可逆还原和氧化的官能团,并且可以用作可充电电池阴极中的电活性物质。这些材料的巨大优势在于,它们可以同时实现数千次充电/放电循环的高能量和功率密度,正如具有锂和钠阳极的氧化石墨烯电池所证明的那样。 然而,氧化石墨烯热不稳定。 该项目建议用功能化氮化硼替代氧化石墨烯,以在保持性能的同时实现热稳定性。 此外,功能化氮化硼除了作为电活性物质外,还能够起到固体电解质的作用。 将特别关注合成-OBF3 官能化氮化硼。该官能团作为表面氧化物(例如氧化石墨烯或氮氧化硼)与 BF3(电解质成分)的路易斯加合物出现,作为紧凑的电活性物质和电解质特别有前途。该奖项反映了 NSF 的法定使命,并被视为值得通过使用基金会的智力优点和更广泛的影响审查标准进行评估来支持。

项目成果

期刊论文数量(1)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
High-Energy and High-Power Primary Li-CFx Batteries Enabled by the Combined Effects of the Binder and the Electrolyte
粘合剂和电解质的共同作用实现高能量和高功率一次Li-CFx电池
  • DOI:
    10.3390/batteries9050268
  • 发表时间:
    2023-03-27
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Haobin Huo;Sivaviswa Radhakrishnan;L. Shaw;K. Németh
  • 通讯作者:
    K. Németh
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  • 资助金额:
    $ 25.6万
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