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.
在该项目中,由化学部化学结构、动力学与机理B项目资助,伍斯特理工学院化学工程系的Xiaowei Teng教授正在开发具有有趣氧化还原特性的新型氢氧化铁层状材料。 本研究旨在开发氢氧化铁层状材料的特性,将其用作铁镍碱性电池或铁空气碱性电池的负极。 该项目位于无机材料、材料化学和能源存储的交叉领域,因此非常适合各级科学家的教育。 该项目加强了该群体的教育和推广工作,通过一系列针对公众、高中生和教师、本科生和研究生的活动,增加代表性不足群体的科学参与和参与。地壳中的铁 (Fe) 几乎可以满足绿色电池的所有标准,例如各种氧化态、地理可及性、低成本和环境效益。 然而,铁负极材料在现代能源供应系统中面临着充电效率不足和放电能力差的挑战。值得注意的是,Fe(OH)2 的放电会形成 Fe3O4,这会阻碍氧化还原过程并导致循环性能损失。 该项目旨在探讨带阴离子(例如碳酸根)的层状 Fe(OH)2 材料与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)和长程有序Fe(OH)2 材料的(例如,层间距离)有利于二价阴离子(碳酸根)的可逆插入和提取? 2) 阴离子插入 Fe(OH)2 层间区域如何影响 Fe 物质的氧化态,以促进 Fe2+/Fe3+ 通过 FeOOH 形成完全转化并阻止 Fe3O4 形成? 3)如何控制Fe(OH)2、阴离子和水分子之间的相互作用,以在长期循环过程中保持稳定的层状结构?该奖项体现了NSF的法定使命,并通过基金会的评估认为值得支持智力价值和更广泛的影响审查标准。

项目成果

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    Xiaowei Teng

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