基于水电解质溶液中离子嵌入反应的储能体系研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21333002
  • 项目类别:
    重点项目
  • 资助金额:
    300.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0905.电能源化学
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2013
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2014-01-01 至2018-12-31

项目摘要

Aqueous energy strorage and conversion systems, for example aqueous Li-ion and Na-ion batteries may solve the safety problem associated with lithium-ion batteries that use highly toxic and flammable organic solvents, and the poor cycling life associated with commercialized aqueous rechargeable batteries such as lead-acid and nickel-metal hydride systems. It providecs most promising potential for stationary power sources that store energy from sustainable sources, such as wind and solar power since it has low cost, high safety and long cycling life. However, it must solve many issues before going to pratical applications. . The aim of the present project is to study extensively some fundamental scientific issues of the aqueous lithium-ion or sodium-ion batteries. The energy storage mechanism in the intercalated compounds with different composition and crystal structure will be first studied. In particular, the electrode reaction mechanism in the aqueous elelctrolyte will be investigated, including the competive intercalation between Li/Na ion and pronton, the kinicts process of hygologen and oxygen evolution. Also the electrode/electrolyte interface reaction and the stability of the electrode material surface will be studied in order to clarify the capacity fading mechanism in aqueous electrolyte. Further more, the formation condition and mechnism of Solid Electrolyte Interphase (SEI) layer will be explored to improve the cycling stability of the electrode materials. By employing the nanotechnology and computational simulation, various electrode materials with a high specific capacity and high stability will be synthesized, and the new advanced new electrochemical system will be tested. As a final goal, the present project will provide some theoretical foundations and technical guidance to research and develop the advanced aqueous energy strorage and conversion systems (for example, Li-ion and Na-ion batteries) with a high power density, high safety and long cycling life.
基于嵌入反应的水系储能体可望解决现有有机系锂离子电池的安全性问题,也解决现有水系铅酸、镍氢电池循环寿命差的问题,具有低成本、高安全性及长寿命等特点,已经成为未来大型储能电池的首选器件之一,然而在实际应用中仍面临着诸多挑战。本项目将全面、系统、深入地研究基于水电解质溶液中离子嵌入反应的水系锂(钠)离子电池的前沿基础科学问题。研究不同组成和结构电极材料的储能机理,重点研究水系电极材料电极反应的机理,包括离子与质子的竞争嵌入反应、析氢和析氧等,研究电极材料/电解质溶液的界面反应及电极材料表面稳定性问题,阐明嵌入化合物在水溶液电解质中容量衰减机理,探讨水系电解液中电极表面形成有效固体电解质界面膜的条件及其生长机理。拟应用理论计算模拟及纳米技术,合成制备具有高比容量和结构稳定的新型电极材料,构筑新型水系锂(钠)离子电池。为设计高功率、高安全性和长寿命的新型电化学储能体系奠定理论基础并并提供技术指导。

结项摘要

本项目的总体目标是研究基于水电解质溶液中离子嵌入反应水系电池的前沿基础科学问题和应用技术。研究了几种锂、钠和锌离子嵌入化合物在水电解质溶液中的电化学行为和储能机理,研究表明电极材料的溶解、质子的竞争嵌入和析氢引起的pH值的改变是导致容量的衰减的重要原因,材料的碳包覆和提高电解质溶液的浓度可提高其稳定性;发现聚酰亚胺负极具有自消氧行为,解决了密封水系电池因过充可能析氧导致容量衰减的问题;研究表明具有共轭机构和碳氧双键的有机物和聚合物通过烯醇化反应可逆储存多种金属离子,并且具有很快电化学反应动力学过程,发展了几种新型高功率、长寿命的水系锂、钠和镁离子电池。研究了水系电池的电极和电池的组装工艺,实现了水系电池的产业化应用。此外,把水电解质溶液中嵌入反应电极作为氧化还原反应的中介电极,发展了电解水和氯碱的分步电解技术。上述研究结果为设计高功率、高安全性和长寿命的新型电化学储能体系奠定理论基础并提供技术指导。发表相关研究论文26篇,包括Science Advances, Nature Communications, Angewandte Chemie International Edition, Advance Energy Materials, ACS Energy Letter, Journal of The Electrochemical Society, Science China Chemistry等有重要影响力的专业杂志,完成项目总体预定目标。

项目成果

期刊论文数量(26)
专著数量(0)
科研奖励数量(4)
会议论文数量(0)
专利数量(16)
Aqueous Lithium-Ion Batteries Using O2 Self-Elimination Polyimides Electrodes
使用 O-2 自消除聚酰亚胺电极的水系锂离子电池
  • DOI:
    10.1149/2.0101510jes
  • 发表时间:
    2015-01-01
  • 期刊:
    JOURNAL OF THE ELECTROCHEMICAL SOCIETY
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Chen, Long;Li, Wangyu;Xia, Yongyao
  • 通讯作者:
    Xia, Yongyao
Decoupling Hydrogen and Oxygen Production in Acidic Water Electrolysis Using a Polytriphenylamine-Based Battery Electrode
使用聚三苯胺基电池电极解耦酸性水电解中的氢气和氧气生产
  • DOI:
    10.1002/anie.201800436
  • 发表时间:
    2018-03-05
  • 期刊:
    ANGEWANDTE CHEMIE-INTERNATIONAL EDITION
  • 影响因子:
    16.6
  • 作者:
    Ma, Yuanyuan;Dong, Xiaoli;Xia, Yongyao
  • 通讯作者:
    Xia, Yongyao
Separating hydrogen and oxygen evolution in alkaline water electrolysis using nickel hydroxide.
使用氢氧化镍分离碱性水电解中的氢气和氧气
  • DOI:
    10.1038/ncomms11741
  • 发表时间:
    2016-05-20
  • 期刊:
    Nature communications
  • 影响因子:
    16.6
  • 作者:
    Chen L;Dong X;Wang Y;Xia Y
  • 通讯作者:
    Xia Y
Challenges, mitigation strategies and perspectives in development of zinc-electrode materials and fabrication for rechargeable zinc-air batteries
锌电极材料开发和可充电锌空气电池制造的挑战、缓解策略和前景
  • DOI:
    10.1039/c8ee01991f
  • 发表时间:
    2018-11-01
  • 期刊:
    ENERGY & ENVIRONMENTAL SCIENCE
  • 影响因子:
    32.5
  • 作者:
    Yi, Jin;Liang, Pengcheng;Zhang, Jiujun
  • 通讯作者:
    Zhang, Jiujun
Re-building Daniell cell with a Li-ion exchange film.
用锂离子交换膜重建丹尼尔电池
  • DOI:
    10.1038/srep06916
  • 发表时间:
    2014-11-05
  • 期刊:
    Scientific reports
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Dong X;Wang Y;Xia Y
  • 通讯作者:
    Xia Y

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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    夏永姚
Co-Sn合金作为锂离子电池负极材
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    高等学校化学学报,Vol. 27, 1923-1926, 2006. (IF=0.771)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张敬君;夏永姚
  • 通讯作者:
    夏永姚
一种用可控碳包覆FePO 4 合成电池正极材料LiFePO 4 的方法
一种合成电池覆盖材料LiFePO 4 的方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2010
  • 期刊:
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    夏永姚;王明娥
  • 通讯作者:
    王明娥

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基于金属负极的水系二次电池
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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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