EAGER: CAS-Climate: Revitalizing Iron Hydroxide Electrode for Energy-Efficient Green Batteries by Promoting Ferrous- and Ferric- Hydroxides Redox

EAGER:CAS-Climate:通过促进亚铁和氢氧化铁的氧化还原,使节能绿色电池的氢氧化铁电极焕发活力

基本信息

  • 批准号:
    2222928
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 20.17万
  • 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:
    2022-09-01 至 2024-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

In this project, funded by the Chemical Structure, Dynamics & Mechanisms B Program of the Chemistry Division, Professor Xiaowei Teng of the Department of Chemical Engineering at Worcester Polytechnic Institute is developing new classes of iron hydroxide layered materials with interesting redox properties. This research aims to exploit the characteristics of iron hydroxide layered materials, which can be used as the anode in iron-nickel alkaline batteries or iron-air alkaline batteries. The project lies at the interface of inorganic material, materials chemistry, and energy storage and is therefore well suited for the education of scientists at all levels. This project enhances education and outreach efforts by this group to increase scientific engagement and participation from underrepresented groups through a range of activities aimed at the public, high school students and teachers, undergraduate students, and graduate students.As the fourth most abundant element in the earth's crust, iron (Fe) potentially satisfies nearly all criteria for a green battery, such as various oxidation states, geographic accessibility, low cost, and environmental benefits. However, Fe anode materials face challenges in modern energy supply systems due to insufficient charging efficiency and poor discharge capability. Notably, the discharge of Fe(OH)2 forms Fe3O4, which impedes the redox process and causes cyclability loss. This project aims to probe the interplay between layered Fe(OH)2 material with anion (e.g., carbonate) and water molecules to answer the following questions: 1) how to control the local structure (e.g., structural defect) and long-range order (e.g., interlayer distance) of Fe(OH)2 materials to favor the reversible insertion and extraction of the divalent anions (carbonate)? 2) how does the anion insertion into Fe(OH)2 interlayer region impact the oxidation state of Fe species to encourage the Fe2+/Fe3+ complete conversion by FeOOH formation and discourage Fe3O4 formation? 3) how to control the interaction between Fe(OH)2, anion, and water molecules to maintain a stable layered structure during the long-term cycling?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.
在这个项目中,由化学结构,动力学和机制B计划资助,伍斯特理工学院化学工程系的小田教授teng教授正在开发具有有趣的氧化还原特性的新型氢氧化铁分层材料。 这项研究旨在利用铁氧化铁分层材料的特性,该材料可以用作铁奈克碱电池中的阳极或铁 - 空气碱性电池。 该项目位于无机材料,材料化学和能量储能的界面,因此非常适合各个级别的科学家的教育。 该项目通过针对公众,高中生和老师,本科生和研究生的一系列活动来增强该小组的教育和宣传工作,以增加代表性不足的小组的科学参与和参与,这是地球地壳中的第四大元素。 但是,由于充电效率不足和排放能力不足,FE阳极材料在现代能源供应系统中面临挑战。值得注意的是,Fe(OH)2形成Fe3O4的排放,这会阻碍氧化还原过程并导致循环性损失。 该项目旨在探究分层的Fe(OH)2材料与阴离子(例如碳酸盐)和水分子之间的相互作用,以回答以下问题:1)如何控制局部结构(例如结构缺陷)和长距离顺序和长距离顺序(例如,层间距离(例如,间层距离)2的材料2材料,以偏爱可逆的插入和划分划分(car)(car)(car)(car)(car)(car)(car)(car)(car)(car)(car)(car)(car)(car)(care car)(car)(有? 2)阴离子插入Fe(OH)2中间区域如何影响Fe物种的氧化状态,以鼓励Fe2+/Fe3+通过FeOOH形成和灰心FE3O4形成完全转化? 3)如何控制Fe(OH)2,阴离子和水分子之间的相互作用,以在长期循环期间保持稳定的分层结构?该奖项反映了NSF的法定任务,并认为值得通过基金会的智力优点和更广泛的影响来通过评估来获得支持。

项目成果

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