基于双阳离子型离子液体超级电容器中界面现象的研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51406060
  • 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:
    E0601.工程热力学
  • 结题年份:
    2017
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2017-12-31

项目摘要

As an advanced class of electrical energy storage devices, supercapacitors, also called electrical double layer capacitors (EDLCs), are being of importance to energy storage in the green energy community, especially for storing electricity generated from the solar or wind. To address the main issue of supercapacitor development, owing to their exceptionally wide electrochemical window, ionic liquids (ILs) have received a great deal of attention in recent years, emerging as good candidates for electrolytes used in supercapacitor. However, to date, most studies on IL-based supercapacitor focused on monocationic ILs (MILs), i.e., with monovalent cations, whereas the work on supercapacitor based on the newly-developed dicationic ILs (DILs, i.e., each cation carries two unit charges) is quite elusive, due to their later and more difficult synthesis, and efforts are required in this area to develop new-type supercapacitor. Thus, on the basis of my previous investigations of MIL supercapacitor, the research proposed in this project will aim at addressing key issues in supercapacitor with DILs as the electrolyte. Since supercapacitors store electrical energy via ion electrosorption directly in the electrical double layers (EDLs) at the electrolyte/electrode interface, EDLs, generally in thickness of few nanometers, play a dominant role in the underlying energy storage mechanism and the resulting device performance. In this project, the molecular dynamics simulation will be taken as the major approach to investigating the interfacial phenomena (e.g., the microstructure and capacitive property of EDLs) in DIL-based supercapacitors with different-designed electrode surfaces, compared with experimental observations. The results, obtained in molecular level, would be of great significance to fundamental understanding of the energy storage mechanism in supercapacitor, and, in the help of comparison with the observations from counterpart MILs, could render useful guidance and new ideas to develop high-performance IL-based supercapacitor with enhanced energy density.
离子液体作为超级电容器的电解质正受到越来越多的重视。然而,迄今有关离子液体超级电容器的工作大部分都集中于单阳离子型(即单价阳离子)离子液体为电解质的研究领域,而对于新近开发的双阳离子型(即双价阳离子)离子液体,相关研究还很少。鉴于此,申请者拟在前期研究单阳离子型离子液体超级电容器的基础上,研究双阳离子型离子液体在超级电容器中的重难点问题。具体方法是,以单阳离子型离子液体为比较对象,以分子层面的计算模拟为主要手段,结合实验观测结果,深入探究双阳离子型离子液体在不同电极表面的微观结构和电容特性,揭示与之相关的储能机理,从而给开发具有高性能的超级电容器提供科学依据和设计思路。本项目的开展将由简到繁、逐步深入:先明了非受限状态下双阳离子型离子液体与单阳离子型的异同,然后揭示非孔隙受限下该离子液体形成的双电层的结构和电容特性,再研究不同孔隙内双电层的储能机制,同时研究添加有机溶剂的影响机理。

结项摘要

超级电容器因其具有功率密度高、循环寿命长、稳定性优、环境友好等优点,在储能领域正受到越来越多的关注;而离子液体作为超级电容器的新型电解质可以进一步提高其电容性能和工作温度,是目前国内外的研究热点。本项目结合工程热物理和材料科学的知识,研究了基于双阳离子型和单阳离子型离子液体超级电容器中的双电层储能固液界面。主要研究内容包括:平板型电极表面离子液体双电层的研究、非平板型电极表面离子液体双电层的研究、混合离子液体用作电解质的研究以及把离子液体拓展到碳捕捉上的初步研究。研究成果主要包括:(1)获得了数十种离子液体的力场参数,并附以实验结果进行校验,开发了特定的、可对离子液体进行自动建模和基本物性分析的分子动力学软件包;(2)研究了平板型电极上离子液体双电层的微观结构和电容性能,发现采用非对称性双阳离子型离子液体可以提高超级电容器的能量密度,表明通过改变离子液体的离子形态是提高超级电容器电容性能的有效途径之一;(3)利用模拟和实验对比发现原子力显微镜的探针在测量过程中对离子具有选择性:探针倾向于探测到体积或质量较大的阳离子或阴离子;(4)研究了离子液体在具有缺陷碳电极表面上的微观表征,模拟结果和利用高分辨率的原子力显微镜所观察到的实验现象较为一致,并发现表面缺陷大小会影响离子分布的震荡特性;(5)研究了离子液体混合物在超级电容器中储能机理,揭示了带电界面上离子液体中极少量的水的微观分布及其随电极表面上施加电压的变化规律,并阐述了该规律的形成和作用机理;这一工作被来自于四个国家、六个大学的研究者们评价为“第一个关于含水离子液体在带电界面的计算研究”;(6)拓展了双阳离子型离子液体在碳捕捉中的研究,发现双阳离子型离子液体相比对应的单阳离子型离子液体具有更高的CO2/N2选择比。依托该项目,共发表SCI期刊论文15篇、做国际国内邀请报告13次。由于本项目中期完成情况较好,被选做基金委项目进展口头汇报。

项目成果

期刊论文数量(15)
专著数量(0)
科研奖励数量(2)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
Water in Ionic Liquids at Electrified Interfaces: The Anatomy of Electrosorption
带电界面离子液体中的水:电吸附的剖析
  • DOI:
    10.1021/nn505017c
  • 发表时间:
    2014-11-01
  • 期刊:
    ACS NANO
  • 影响因子:
    17.1
  • 作者:
    Feng, Guang;Jiang, Xikai;Kornyshev, Alexei A.
  • 通讯作者:
    Kornyshev, Alexei A.
Fundamental aspects of electric double layer force-distance measurements at liquid-solid interfaces using atomic force microscopy.
使用原子力显微镜测量液-固界面双电层力-距离的基本方面
  • DOI:
    10.1038/srep32389
  • 发表时间:
    2016-09-02
  • 期刊:
    Scientific reports
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Black JM;Zhu M;Zhang P;Unocic RR;Guo D;Okatan MB;Dai S;Cummings PT;Kalinin SV;Feng G;Balke N
  • 通讯作者:
    Balke N
Molecular Dynamics Study of Room Temperature Ionic Liquids with Water at Mica Surface
室温离子液体与水在云母表面的分子动力学研究
  • DOI:
    10.1016/j.gee.2017.11.002
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Green Energy & Environment
  • 影响因子:
    13.3
  • 作者:
    Huanhuan Zhang;Mengyang Zhu;Zhao Wei;Song Li;Guang Feng
  • 通讯作者:
    Guang Feng
A Computational Study of Dicationic Ionic Liquids/CO2 Interfaces
双阳离子离子液体/CO2 界面的计算研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    Langmuir
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Song Li;Wei Zhao;Guang Feng;Peter T. Cummings
  • 通讯作者:
    Peter T. Cummings
The Influence of Anion Shape on the Electrical Double Layer Microstructure and Capacitance of Ionic Liquids-Based Supercapacitors by Molecular Simulations.
通过分子模拟研究阴离子形状对离子液体超级电容器双电层微结构和电容的影响
  • DOI:
    10.3390/molecules22020241
  • 发表时间:
    2017-02-16
  • 期刊:
    Molecules (Basel, Switzerland)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Chen M;Li S;Feng G
  • 通讯作者:
    Feng G

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其他文献

基于MGM(1,n,r)的主动配电网中长期负荷预测
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    太阳能学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈先飞;何山;王杰;杨贵兴;张远;冯光
  • 通讯作者:
    冯光
不接地系统单相断线故障分析及区段定位
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    电力系统保护与控制
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张林利;曹丽丽;李立生;薛永端;田野;冯光
  • 通讯作者:
    冯光
陕北中低温煤焦油的分离与GC-MS分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2011
  • 期刊:
    石油化工
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    孙鸣;冯光;王汝成;徐龙;杨艳红;马晓迅;Sun Ming,Feng Guang,Wang Rucheng,Xu Long,Yang Yanh
  • 通讯作者:
    Sun Ming,Feng Guang,Wang Rucheng,Xu Long,Yang Yanh
异体富血小板血浆免疫原性的小型猪动物实验研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    中华损伤与修复杂志(电子版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    姚丹;赵帆;郝岱峰;冯光;褚万立;陈泽群
  • 通讯作者:
    陈泽群
皮肤型奴卡菌病二例并文献分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    中华损伤与修复杂志(电子版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李善友;郝岱峰;褚万立;段红杰;冯光;张海军;赵景峰;赵帆;陈泽群
  • 通讯作者:
    陈泽群

其他文献

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冯光的其他基金

超级电容器的储能机理与性能优化:从单一孔径到纳米多孔结构
  • 批准号:
    52161135104
  • 批准年份:
    2021
  • 资助金额:
    150 万元
  • 项目类别:
超级电容器的储能机理与性能优化:从单一孔径到纳米多孔结构
  • 批准号:
    5211101181
  • 批准年份:
    2021
  • 资助金额:
    0.00 万元
  • 项目类别:
    国际(地区)合作与交流项目
基于导电金属有机骨架材料和离子液体的固液界面储能机理的研究
  • 批准号:
    51876072
  • 批准年份:
    2018
  • 资助金额:
    59.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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  • 批准号:
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  • 批准年份:
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  • 资助金额:
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相似海外基金

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  • 项目类别:
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AI项目解读示例

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

        graph TD
          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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