过渡金属酞菁化合物作为锂硫电池液相催化剂的研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21703186
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0905.电能源化学
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2020-12-31

项目摘要

The demand for energy increases steadily with time due to population and economic growth, high energy density rechargeable batteries based on renewable sources need to be developed and adopted. In recent years, lithium–sulfur (Li–S) batteries have been considered as one of promising candidates for the next-generation of rechargeable batteries, which affords a high theoretical energy density of 2600 Wh/kg. Although, several approaches have been made to improve the performance of Li-S batteries, such as confining sulfur in conducting materials or introducing inorganic solid materials as immobilizer and catalysts, the utilization of sulfur during the charge/discharge process is far below the theoretical value especially under high current density or after long cycling. It is still a great challenge for further improving utilization efficiency of sulfur during charge/discharge for Li-S batteries. Is there any possible to improve the utilization efficiency of sulfur by introducing liquid-phase catalysts? Nevertheless, liquid-phase catalysts (such as redox-mediator) have shown great potential in Li-O2 batteries by improving the transformation of Li2O2. Herein, we propose that metal phthalocyanine compounds (such as Iron(II) phthalocyanine) are used as liquid-phase catalysts to improve sulfur utilization for Li-S batteries. We will evaluate the electrochemical performance of Li-S batteries by introducing metal phthalocyanine compounds and study the mechanism of catalysis process. It is our hope that this study will give fresh impetus to the research community to realize the high performance Li-S batteries.
随着人口和经济的发展,能源需求不断增大,高比能储能体系成为人们关注的焦点。质量比能量高达2600 Wh/kg的锂硫电池,成为最具潜力的下一代储能体系之一。然而,目前通过复合导电性材料等手段,首周硫的利用效率普遍只在60-80%之间;通过结构的设计、引入一些具有吸附和催化作用的无机固体材料,首周硫的利用效率已提高至近100%,但是长循环之后硫的利用效率迅速下降,尤其在大倍率下,硫的利用效率普遍在60%以下。如何进一步的提高硫在长周期充放电过程中的转化和利用效率,仍然是锂硫电池发展的关键问题。能否通过引入液相催化剂来提高硫的利用效率呢?液相催化剂在锂氧气电池体系的成功应用表明液相催化剂在改善充放电产物转化方面具有巨大潜力。本项目将采用具有催化作用的过渡金属酞菁类化合物作为液相催化剂,研究其对锂硫电池电化学性能的影响,并通过金属酞菁类化合物对多硫化物/硫化锂催化机制的研究,获得高性能锂硫电池。

结项摘要

锂硫电池具有较高的理论能量密度,成为下一代二次电池体系发展的研究热点之一。本项目首次提出利用液相催化剂来改善锂硫电池多硫化物/硫化锂转化,从液相催化剂的角度出发提高硫的转化利用效率。本项目系统的研究了酞菁铁作为锂硫电池液相催化剂的电化学性能和低温性能。添加了液相催化剂的锂硫电池,在室温0.1C倍率下可以提供1467mAh/g的容量,10C大倍率下仍然可以提供460mAh/g的容量,在2C的倍率下循环700周之后仍然有566mAh/g的容量(容量保持率约80%);并且在零下20度时,0.5C的倍率下可以提供约735mAh/g的容量,在1C倍率下循环300周之后仍然有422mAh/g的容量。展示出以酞菁铁为液相催化剂的锂硫电池具有优异的电化学性能。同时,研究揭示了酞菁铁液相催化的作用机制。酞菁铁作为一个具有导电能力的分子,通过改善多硫化物以及产物和石墨烯基底之间的界面和电荷转移过程,有效的降低阻抗、提高锂硫电池反应动力学。本项目的研究展示了液相催化在锂硫电池中应用的潜力,有力的推进了锂硫电池的实用化进程,并以此研究为基础探索新型的电池材料,获得高性能锂硫电池。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
Promoting the sulfur conversion kineticsviaa solid auxiliary redox couple embedded in the cathode of Li-S batteries
通过嵌入锂硫电池阴极的固体辅助氧化还原电对促进硫转化动力学
  • DOI:
    10.1039/d0se00553c
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Sustainable Energy & Fuels
  • 影响因子:
    5.6
  • 作者:
    Bizuneh Girum Girma;Fan Jingmin;Xu Pan;Yuan Ruming;Cao Lin;Zheng Mingsen;Dong Quan-Feng
  • 通讯作者:
    Dong Quan-Feng
LaLiO2-Based Multi-Functional Interlayer for Enhanced Performance of Li-S Batteries
用于增强锂硫电池性能的 LaLiO2 基多功能中间层
  • DOI:
    10.1149/2.0271902jes
  • 发表时间:
    2019-01-04
  • 期刊:
    JOURNAL OF THE ELECTROCHEMICAL SOCIETY
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Bizuneh, Girum Girma;Fan, Jingmin;Dong, Quanfeng
  • 通讯作者:
    Dong, Quanfeng
High reversible Li plating and stripping by in-situ construction a multifunctional lithium-pinned array
通过原位构建多功能锂钉扎阵列实现高可逆镀锂和脱锂
  • DOI:
    10.1016/j.ensm.2020.02.030
  • 发表时间:
    2020-06
  • 期刊:
    Energy Storage Materials
  • 影响因子:
    20.4
  • 作者:
    Pan Xu;Xiaodong Lin;Xinyu Hu;Xueyang Cui;Xiaoxiang Fan;Cui Sun;Xiaoming Xu;Jeng-Kuei Chang;Jingmin Fan;Ruming Yuan;Bingwei Mao;Quanfeng Dong;Mingsen Zheng
  • 通讯作者:
    Mingsen Zheng
ZIF-8-Based Quasi-Solid-State Electrolyte for Lithium Batteries
ZIF-8基锂电池准固态电解质
  • DOI:
    10.1021/acsami.9b13712
  • 发表时间:
    2019-12-18
  • 期刊:
    ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES
  • 影响因子:
    9.5
  • 作者:
    Sun, Cui;Zhang, Jin-hua;Dong, Quan-feng
  • 通讯作者:
    Dong, Quan-feng
Suppressing voltage fading and improving cycling stability of Li-rich Mn-based materials by introducing MgSO4
引入MgSO4抑制电压衰减并提高富锂锰基材料的循环稳定性
  • DOI:
    10.1039/d0ta08540e
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Journal of Materials Chemistry A
  • 影响因子:
    11.9
  • 作者:
    Xue Jiaxi;Wang Yajing;Sun Cui;Xu Pan;Fan Xiaoxiang;Fan Jingmin;Zheng Mingsen;Dong Quanfeng
  • 通讯作者:
    Dong Quanfeng

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Co3(HCOO)6@rGO 作为锂离子电池负极材料的研究
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    10.13208/j.electrochem.170412
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    2018
  • 期刊:
    电化学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    江恒;范镜敏;郑明森;董全峰
  • 通讯作者:
    董全峰

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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