树状高分子改性尖晶石铁氧体@氮掺杂碳微纳纤维/Li2S6复合电极的制备及其电化学行为研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51874146
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    61.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0410.冶金物理化学与冶金原理
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

The lithium sulfur batteries with a high sulfur loading have electrochemical instability. Based on our previous research results, this project proposes innovatively improving the high mass loading and stability of the sulfur electrode by PAMAM dendrimer modified spinel type ferrites@nitrogen doped carbon micro/nanofibers. The multifunctional synergy effects between PAMAM and MFe2O4@nitrogen doped carbon micro/nanofibers, which have adsorption polysulfides and catalytic lithium/sulfur redox reactions. The composite electrodes are prepared by electrospinning technology and PAMAM dendrimer-induced chemical cross-linking method, which are prepared by the three-dimensional networks structure of PAMAM/MFe2O4@nitrogen doped carbon micro/nanofibers and loaded Li2S6 catholyte. To improve the physicochemical properties of MFe2O4@nitrogen doped carbon micro/nanofibers surface and improve its electrochemical properties by regulating the surface polar functional group, coating layer and interface structure of PAMAM. With combination of the experimental results and theoretical computation, the exploration and cognition of functional polymer PAMAM and spinel-type ferrites influence on the electrochemical behaviors of composite electrodes. Improving the stability of sulfur electrode and the mechanism of the electrochemical behaviors with PAMAM/MFe2O4@nitrogen doped carbon miro-nanofibers will be explored. The modeling of kinetic in multi-phases of the composite electrode systems will be constructed. Based on the above investigations, the rational relation of organic-inorganic composite materials will be.constructed to interfaces structure, sulfur electrode stability and electrochemical behaviors. These fundamental studies are significant for the development of new electrodes system for lithium sulfur batteries.
针对锂硫电池高硫负载电极电化学稳定性不佳的问题,本项目基于前期研究基础,提出综合利用树状高分子聚酰胺-胺(PAMAM)吸附聚硫锂和尖晶石铁氧体(MFe2O4)@氮掺杂碳微纳纤维催化锂/硫氧化还原反应的协同效应,提升高硫电极稳定性。通过电纺丝和化学交联法制备三维网络结构PAMAM/MFe2O4@氮掺杂碳微纳纤维,负载Li2S6形成复合电极。调控PAMAM表面极性官能团、包覆层及表界面结构,改善MFe2O4@氮掺杂碳微纳纤维表面理化特性,提高其电化学性能;结合实验研究和理论计算,认知功能高分子PAMAM和不同晶体结构尖晶石铁氧体对电极电化学行为的影响规律;揭示PAMAM/MFe2O4@氮掺杂碳复合结构与聚硫锂的相互作用和提高电极电化学性能的微观机制,构筑有机-无机复合材料体系多相界面反应过程动力学模型,建立“界面结构-电极稳定性-电化学行为”之间的关系,为锂硫电池新型电极体系发展奠定科学基础。

结项摘要

高载硫电极构筑、高容量和稳定性是高比能锂硫电池的研究热门方向。本项目基于静电纺丝工艺,调控纺丝液类型实现了不同氮掺杂碳纤维(NCFs)。在纺丝液前驱体分别加入金属有机框架材料ZIF-8和ZIF-67,实现了高氮含量的NCFs和Co, N共掺杂NCFs复合膜。基于树枝状高分子PAMAM修改NCFs,制备PAMAM@NCFs有机/无机微纳纤维膜,采用Li2S6溶液为活性物质制备自支撑三维结构膜电极,实现了高载硫复合电极的电化学循环稳定性。基于上述优化工艺制备的NCFs, 通过电纺丝-水热相结合工艺制备系列自支撑三维网络结构硫化物MS2(M=Co, Sn)@NCFs及尖晶石MN2O4(M= Co, Ni, Zn; N=Fe, Co))@NCFs复合微纳纤维膜,以Li2S6溶液为活性物质制备膜电极,无需硫热熔融、粘结剂及相应的涂布工艺。自支撑复合膜微纳纤维呈连续网络结构,为离子和电子的传输提供有效路径;基于多级孔结构复合纤维可有效吸附多硫化物及纤维修饰材料(硫化物/尖晶石氧化物)催化锂/硫氧化还原反应的协同效应,有效抑制多硫化物溶出,提高活性物质利用率。基于电化学分析技术,相比于NCFs, MS2(M=Co, Sn)@NCFs和MN2O4(M= Co, Ni, Zn; N=Fe, Co)@NCFs复合微纳纤维膜可有效提升硫化锂沉积容量并改善高载硫电极电化学反应动力学。基于非原位扫描电镜技术,研究了上述复合膜电极“固硫”作用机制及多硫化物“穿梭效应”对金属锂负极的表面形态及组分的影响。

项目成果

期刊论文数量(48)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(3)
Electrospun zeolitic imidazolate framework‐derived nitrogen‐doped carbon nanofibers with high performance for lithium‐sulfur batteries
用于锂硫电池的高性能静电纺丝沸石咪唑骨架衍生氮掺杂碳纳米纤维
  • DOI:
    10.1002/er.4389
  • 发表时间:
    2019-02
  • 期刊:
    International Journal of Energy Research
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Shanshan Yao;Sikang Xue;Sihuang Peng;Maoxing Jing;Xiangqian Shen;Tianbao Li;Zhuozi YiLiu
  • 通讯作者:
    Zhuozi YiLiu
Nanosized Ti4O7 supported on carbon nanotubes composite modified separator for enhanced electrochemical properties of lithium sulfur battery
碳纳米管复合改性隔膜负载纳米Ti4O7增强锂硫电池电化学性能
  • DOI:
    10.1002/er.6099
  • 发表时间:
    2020-10
  • 期刊:
    International Journal of Energy Research
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Xiao Wu;Songwei Li;Shanshan Yao;Mingquan Liu;Shengli Pang;Xiangqian Shen;Tianbao Li;Shibiao Qin
  • 通讯作者:
    Shibiao Qin
Bifunctional hydrogen-bonding cross-linked polymeric binder for high sulfur loading cathodes in lithium/sulfur batteries
用于锂/硫电池高硫负载正极的双功能氢键交联聚合物粘合剂
  • DOI:
    10.1016/j.electacta.2022.140908
  • 发表时间:
    2022-07
  • 期刊:
    Electrochimica Acta
  • 影响因子:
    6.6
  • 作者:
    Heli Yu;Mingzhu Bi;Cuijuan Zhang;Tianjie Zhang;Xiaoning Zhang;Hongtao Liu;Jianli Mi;Xiangqian Shen;Shanshan Yao
  • 通讯作者:
    Shanshan Yao
Three-dimension ivy-structured MoS2 nanoflakes-embedded nitrogen doped carbon nanofibers composite membrane as free-standing electrodes for Li/polysulfides batteries
三维常春藤结构MoS2纳米片嵌入氮掺杂碳纳米纤维复合膜作为锂/多硫化物电池的独立电极
  • DOI:
    10.1016/j.electacta.2019.01.044
  • 发表时间:
    2019-03
  • 期刊:
    Electrochimica Acta
  • 影响因子:
    6.6
  • 作者:
    Sikang Xue;Shanshan Yao;Maoxiang Jing;Lin Zhu;Xiangqian Shen;Tianbao Li;Zhuozi YiLiu
  • 通讯作者:
    Zhuozi YiLiu
Molybdenum carbide nanocrystals modified carbon nanofibers as electrocatalyst for enhancing polysulfides redox reactions in lithium-sulfur batteries
碳化钼纳米晶改性碳纳米纤维作为增强锂硫电池中多硫化物氧化还原反应的电催化剂
  • DOI:
    10.1002/er.5510
  • 发表时间:
    2020-06-21
  • 期刊:
    INTERNATIONAL JOURNAL OF ENERGY RESEARCH
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Li, Yangyang;Yao, Shanshan;Wen, Wei
  • 通讯作者:
    Wen, Wei

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其他文献

白光LED用荧光粉α-Sr_2P_2O_7∶Eu~(3+)的制备及其发光性能
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2011
  • 期刊:
    功能材料
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    鄢蜜昉;薛丽红;严有为;姚山山
  • 通讯作者:
    姚山山
商品石墨烯用于高比能量锂硫电池
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    电池
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    唐航;黎天保;姚山山;覃事彪
  • 通讯作者:
    覃事彪

其他文献

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姚山山的其他基金

多级孔结构MoO2纤维/S复合正极材料的合成及电化学性能研究
  • 批准号:
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  • 项目类别:
    青年科学基金项目

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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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