Using Mn-Co containing compounds formed through biological processes as precursors for development of electrode materials for energy storage applicat

利用生物过程形成的含锰钴化合物作为前体开发储能应用电极材料

基本信息

  • 批准号:
    2875220
  • 负责人:
  • 金额:
    --
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Studentship
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2023 至 无数据
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Currently, Mn-Co containing oxides are used as cathode materials in commercial lithium ion batteries. Further research into the Co-Mn-O-H system is investigating phases that have potential in other energy storage applications such as supercapacitor materials or as electrode materials in Na-ion batteries. Development of new electroactive materials involves controlling the composition, particle size and morphology to optimise their electrochemical characteristics.Materials formed though microbial processes would be a novel route to produce Mn-Co phases. It is known that Shewanella oneidensis MR-1 can precipitate dissolved Mn2+ from mixed-metal leachates produced from end-of-life lithium ion batteries. The precipitate formed was confirmed as MnCO3, a known pre-cursor material used for production of electrode materials in lithium ion batteries. For the most part, Mn removal is highly selective but 'impurities', such as Co-containing precipitates have been observed. The impurities may in fact be beneficial to the future use of the material and their variation investigated and controlled through genetic manipulation of the microbe. Furthermore, S. oneidensis is able to reduce a range of metal ions with the production of metal nanoparticles under anaerobic conditions. This dual action suggests the possibility that this bacterium could be used for the production of mixed metal materials influenced by conditions such as oxygen availability and metal ion concentrations. Separately, or in combination, these avenues of study will provide access to microbially-synthesised cathode materials.The phases formed though microbial processes will be characterised by a range of techniques including X-ray Powder Diffraction to identify the crystalline phases present, Scanning Electron Microscopy to investigate particle size and morphology, crucial for energy storage applications and electrochemical characterisation to investigate the electroactive properties. Once materials with good electrochemical properties have been identified, methods to develop devices for energy applications, such as supercapacitors or batteries will be established. These devices will then be tested for their long term stability.Monitoring structural changes as a function of potential, i.e. any changes that may occur on using the device, gives key information on the performance of the material whilst in-service. With the new state-of-the-art X-ray Powder Diffraction Facility recently established in the Centre for Science at Extreme Conditions (CSEC), development of electrochemical cells that can couple with the X-ray Powder diffractometer will allow these changes to be investigated.The project proposed will cover both the biological synthesis of the material, the structural and electrochemical characterisation of the materials and development of prototype devices.
当前,在商用锂离子电池中,将含有氧化物的MN-CO用作阴极材料。对Co-MN-O-H系统的进一步研究正在研究在其他储能应用中具有潜力的阶段,例如超级电容器材料或Na-ion电池中的电极材料。新的电活性材料的开发涉及控制组成,粒径和形态以优化其电化学特征。虽然微生物过程形成的材料将是产生MN-CO相的新型途径。众所周知,Shewanella Oneidensis MR-1可以从寿命末期锂离子电池产生的混合金属渗滤液中沉淀出溶解的Mn2+。形成的沉淀被证实为MNCO3,这是一种已知的预抗材料,用于在锂离子电池中生产电极材料。在大多数情况下,MN的去除是高度选择性的,但“杂质”,例如共同含有共同的沉淀物。实际上,这些杂质可能会对材料的未来使用及其通过遗传操纵进行研究和控制的材料的使用有益。此外,在厌氧条件下,Oneidensis能够通过金属纳米颗粒的产生来减少一系列金属离子。这种双重作用表明,该细菌可用于生产受氧气可用性和金属离子浓度等​​条件影响的混合金属材料。这些研究途径单独或结合结合,将提供微生物合成的阴极材料的访问权限。虽然微生物过程形成的阶段将以一系列技术为特征,其中包括X射线粉末衍射,以识别存在的晶体衍射,以识别存在的晶体显微镜,扫描电子显微镜,以调查粒度大小和形式的能量供应和构造型构造,并具有构造型的构造,并具有构造型的构造。一旦确定了具有良好电化学特性的材料,就可以建立用于能源应用设备的方法,例如超级电容器或电池。然后,将对这些设备的长期稳定性进行测试。对电势的结构变化(即使用设备上可能发生的任何变化)提供了有关材料性能的关键信息,同时在服务中。借助最近在极端条件下的科学中心(CSEC)建立了新的最先进的X射线粉末衍射设施,电化学电池的开发可以与X射线粉末衍射仪搭配在一起,将允许研究这些更改。拟议的项目将涵盖材料的生物合成,结构和电化学的材料材料和电化学材料的特征和材料的特征。

项目成果

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