过渡金属氧化物纳米颗粒催化SnO2锂离子电池负极材料不可逆反应的机理研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21603192
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    20.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0905.电能源化学
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2019-12-31

项目摘要

SnO2 is deemed as one of the possible candidates as the anode materials for next generation high performance lithium ion batteries (LIBs). However, its theoretical irreversible reaction of Sn to SnO2 during the 1st delithiation process is the main reason for the capacity loss and a low initial coulombic efficiency (<50%). It was found that SnO2 electrochemical performance can be improved greatly with the transition metal oxide nanoparticles. However, there is no solid evidence to prove the exactly reason for this phenomenon. In order to tackle this issue and based on the previous studies, we propose that the transition metal oxide nanoparticles act as the catalyst to promote the conversion of Sn to SnO2 during the 1st delithiation process which is an irreversible reaction. In the other words, catalysts are employed to convert the irreversible reaction into reversible reaction, leading to an enhanced electrochemical performance of SnO2. In this project, we propose to use in-situ TEM, XRD and Raman to investigate the reaction mechanism. The working principle of the catalytic effect of the catalyst can provide a clue to design the new catalysts to further enhance the electrochemical performance of SnO2. We plan to synthesize SnO2/metal-oxides/rGO hybrid functional nanocomposites by hydrothermal and/or ball milling methods to study the reaction mechanism and employed as high performance anode material of LIBs. The investigated mechanism and result provide a new route to enhance the electrochemical performance of SnO2, especially the 1st coulombic efficiency, specific capacity and rate capability, as well as the type of conversion with alloying-dealloying anode material to beyond its theoretical capacity.
研究证实SnO2作为一种新型高性能锂离子电池负极材料在脱锂过程中由于理论不可逆不可以从Sn生成SnO2从而造成不可逆容量的损失,导致了低于50%的首次库仑效率和有限的容量,限制了其进一步发展应用。前期发现,SnO2与金属氧化物纳米颗粒复合可以提高其电化学性能,但没有确切的证据和理论解释性能提高的机理。根据前期研究工作,我们提出金属氧化物颗粒作为催化剂催化Sn生成SnO2的科学假设。换句话说,利用催化剂使不可逆过程变为可逆来提高其电化学性能。本课题拟采用原位TEM、XRD、拉曼光谱寻找其催化反应证据、阐明工作机制、揭示反应机理。我们拟采用水热合成和球磨方法制备金属氧化物纳米颗粒催化剂和SnO2以及石墨烯的复合纳米功能材料作为高性能负极材料。本课题的研究成果为SnO2作为锂离子电池负极材料性能的提高特别是首次库伦、效率容量和倍率性能开辟新的途径,以及提升类SnO2等负极材料的性能提供新的思路。

结项摘要

作为一种新型高性能锂离子电池负极材料,SnO2在脱锂过程中由于理论不可逆不可以从Sn生成SnO2从而造成不可逆容量的损失,导致了低的首次库仑效率和有限的容量,限制了其进一步发展应用。本项目提出金属氧化物(Co3O4等)颗粒作为催化剂催化Sn生成SnO2的科学假设。在本项目的支持下,我们利用水热合成制备SnO2/Co3O4/rGO纳米复合材料并作为高性能负极材料。首次库仑效率从60%提高到了67%,100 mA/g电流下可以达到1038 mAh/g的电容量(远远高出SnO2的理论容量值)以及2000 mA/g大电流下可以达到524 mAh/g的电容量,在1000 mA/g的大电流下循环900次依然可以保持641 mAh/g的电容量,证明了SnO2/Co3O4/rGO的纳米复合材料作为锂离子电池负极材料的潜在应用。我们通过电化学测量以及非原位TEM寻找Co3O4作为催化剂在退锂过程中促进Li2O的分解,使Sn氧化成SnO2,进一步的提出其工作原理。为类SnO2等负极材料的性能提供新的思路。在此基础之上,我们一直致力于提高储能器件(锂/钠离子)电池的能量密度和降低造价。作为本项目的扩展研究,我们制备并研究了NGQDs-WS2/3DCF,FeP@C/rGO钠离子电池负极材料,Li@VG/CC锂金属负极初步工作以及钠金属研究的调研工作。

项目成果

期刊论文数量(12)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
Explicating the Sodium Storage Kinetics and Redox Mechanism of Highly Pseudocapacitive Binary Transition Metal Sulfide via Operando Techniques and Ab Initio Evaluation
通过操作技术和从头计算解释高赝电容二元过渡金属硫化物的钠储存动力学和氧化还原机制
  • DOI:
    10.1002/smtd.201900112
  • 发表时间:
    2019-07-10
  • 期刊:
    SMALL METHODS
  • 影响因子:
    12.4
  • 作者:
    Lim, Yew Von;Huang, Shaozhuan;Yang, Hui Ying
  • 通讯作者:
    Yang, Hui Ying
Advanced carbon nanostructures for future high performance sodium metal anodes
用于未来高性能钠金属阳极的先进碳纳米结构
  • DOI:
    10.1016/j.ensm.2019.09.007
  • 发表时间:
    2020-03-01
  • 期刊:
    ENERGY STORAGE MATERIALS
  • 影响因子:
    20.4
  • 作者:
    Ma, Caiyun;Xu, Tingting;Wang, Ye
  • 通讯作者:
    Wang, Ye
Regulating the polysulfide redox conversion by iron phosphide nanocrystals for high-rate and ultrastable lithium-sulfur battery
磷化铁纳米晶调控多硫化物氧化还原转化用于高倍率超稳定锂硫电池
  • DOI:
    10.1016/j.nanoen.2018.06.052
  • 发表时间:
    2018-09-01
  • 期刊:
    NANO ENERGY
  • 影响因子:
    17.6
  • 作者:
    Huang, Shaozhuan;Lim, Yew Von;Yang, Hui Ying
  • 通讯作者:
    Yang, Hui Ying
Two-Dimensional Hybrid Composites of SnS2 Nanosheets Array Film with Graphene for Enhanced Photoelectric Performance
SnS2 纳米片阵列膜与石墨烯的二维杂化复合材料可增强光电性能
  • DOI:
    10.3390/nano9081122
  • 发表时间:
    2019-08-01
  • 期刊:
    NANOMATERIALS
  • 影响因子:
    5.3
  • 作者:
    Fang, Feier;Li, Henan;Liu, Lai
  • 通讯作者:
    Liu, Lai
Boosting Sodium Storage of Fe(1-x)S/MoS(2) Composite via Heterointerface Engineering.
通过异质界面工程提高 Fe1-xS/MoS2 复合材料的钠存储
  • DOI:
    10.1007/s40820-019-0311-z
  • 发表时间:
    2019-09-23
  • 期刊:
    Nano-micro letters
  • 影响因子:
    26.6
  • 作者:
    Chen S;Huang S;Hu J;Fan S;Shang Y;Pam ME;Li X;Wang Y;Xu T;Shi Y;Yang HY
  • 通讯作者:
    Yang HY

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其他文献

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    2016-03
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王烨;陈艳菊;刘彦奎
  • 通讯作者:
    刘彦奎
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  • DOI:
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    2018
  • 期刊:
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  • 影响因子:
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  • 作者:
    刘银国;孙慧倩;王烨
  • 通讯作者:
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  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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    李琳琳
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  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
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  • 影响因子:
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  • 作者:
    王宁;陈俊毅;朱伦井;段江涛;王烨;黎智君;贝朝涌
  • 通讯作者:
    贝朝涌
双膦酸化合物对基质金属蛋白酶的抑制效应及机理
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    高等学校化学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘星辰;李洪伟;王烨;蒋坤;房学迅;吴玉清
  • 通讯作者:
    吴玉清

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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