基于MnO2-碳纳米管和Fe2O3-碳纳米管同轴纤维状非对称超级电容器的有效构筑及其损伤失效行为

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51905445
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0512.微纳机械系统
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

One-dimensional fiber-shaped solid-state supercapacitors with excellent flexibility, safety and weavability have a great application prospect in the field of wearable electronics. However, there are two main disadvantages in such devices: the low energy density and the poor structural stability. In this project, the design and construction of the coaxial fiber asymmetric supercapacitors is proposed to improve the energy density and structural stability. Through the new design of inner current collector, gel electrolyte, outer current collector and encapsulation film to optimize the mechanical properties of each functional layer, the structural stability of the device is improved. The composite materials of MnO2-carbon nanotube (CNT) and Fe2O3-CNT are used as active materials in positive and negative electrodes, respectively. The structure-activity relationship between the preparation process, microstructure and electrochemical performance of each composite material is studied, respectively. Therefore, the controllable preparation and the performance control of each composite material are realized. The matching law of positive and negative electrodes is revealed and the amount of positive and negative active materials is adjusted to balance charges of the positive and negative electrodes. Then, the energy density of coaxial fiber-shaped asymmetric supercapacitors is improved effectively. A joint detection platform of the mechanical performance-electrochemical performance, as well as damage-free X-ray computed tomography technology, is used to study the damage and failure behavior under force. The correlation mechanism among force, internal structure and energy storage performance is clarified. The research results can provide a theoretical basis and a technical support for the development of high-efficiency flexible/ weavable energy storage devices for smart fabrics.
一维纤维状全固态超级电容器具有优异的柔性、安全性和可编织性,在可穿戴电子领域具有广泛的应用前景。本项目针对此类器件能量密度低和结构稳定性欠佳等问题,构筑基于复合材料的同轴纤维状非对称超级电容器并开展性能研究。设计具有新型结构的内电极基体、凝胶电解质、外集流体和封装膜等功能层,优化其机械性能,提升器件结构稳定性;选用MnO2-碳纳米管和Fe2O3-碳纳米管复合材料为正、负极活性材料,研究各复合材料制备工艺、微观结构和储能性能的构效关系,实现其可控制备和性能调控;揭示正、负极匹配规律,控制正、负极活性材料用量以平衡两极电量,实现同轴纤维状非对称超级电容器能量密度的有效提升;搭建机械性能-电化学性能联合检测平台,借助无损伤X射线断层扫描技术,研究机械受力时器件损伤失效行为,阐明机械受力-内部结构-储能特性之间的关联机制。研究结果能为智能织物用高效柔性可编织储能器件的开发提供理论基础和技术支撑。

结项摘要

一维纤维状全固态超级电容器具有优异的柔性、安全性和可编织性,在可穿戴电子领域具有广泛的应用前景。本项目针对此类器件能量密度低和结构稳定性欠佳等问题展开研究,构筑了基于棉纤维/不锈钢纤维混纺线的纤维状非对称超级电容器,调控了正负极配比,优化了非对称器件的工作电压。搭建了电化学-机械性能检测平台,研究了外力作用对器件电化学性能的影响;搭建了纤维电极制造装备,实现了器件长度从厘米级到米级的提升,并试制了储能织物,考察了器件在织物中的储能特性,表明所制备的米级长度的器件具有应用于智能织物的巨大潜力。项目执行期间,发表学术论文 4篇,申请和授权发明专利 6项,培养研究生4 人,本科生 6人。研究目标已全部完成。项目主要有以下研究进展:研究了不同纤维配比对混纺线集流体的机械性能和导电性能的影响,确定了不锈钢纤维体积占比65%的混纺线为基底材料。探究了不同活性材料质量配比对纤维状电极电化学性能的影响,优化了纤维状电极的电化学性能;搭建了浸涂提拉平台和三轴自动浸涂式聚合装置,完成了米级长度纤维状正、负极的制备。基于电量平衡原理,调控正、负极电量匹配,构筑了全固态纤维状非对称超级电容器,显著地拓宽了器件的工作电压,将电压窗口由0.8V提升至1.7 V,有效提升了器件的能量密度,且器件在不同弯折角度和多次弯折后仍表现出较好的电容保持率,展现出良好的柔性。搭建了电化学-机械性能检测平台,研究了外力作用对储能器件电化学性能的影响,发现该器件在一定外力拉伸的情况下,仍能保持较好的储能特性;实现了全固态纤维状非对称超级电容器长度规模从厘米级到米级的提升,将纤维状器件织入织物后,器件仍能保持良好储能特性,充电后可为外部负载(LED和计时器)供能,表明米级长度的器件在智能织物中应用的可能,该研究可为可编织纤维状超级电容器的研发提供理论和技术支撑,具备重要的科学意义和应用价值。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(6)
Laser cutting assisted fabrication of assembled solid-state supercapacitors based on polypyrrole coated paper
激光切割辅助制造基于聚吡咯涂布纸的组装式固态超级电容器
  • DOI:
    10.1016/j.jelechem.2022.116522
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Journal of Electroanalytical Chemistry
  • 影响因子:
    4.5
  • 作者:
    Ruirong Zhang;Sheng Cai;Qi Wu;Yao Zhu;Xu Yin;Yanmeng Xu;Yang Yang;Honglong Chang
  • 通讯作者:
    Honglong Chang
High‑Performance Fibre Supercapacitors Based on Ball‑Milled Activated Carbon Nanoparticles Mixed with Pen Ink
基于与钢笔墨水混合的球磨活性炭纳米粒子的高性能纤维超级电容器
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Journal of Materials Science: Materials in Electronics
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Ruirong Zhang;Yanmeng Xu;David Harrison;John Fyson;Yang Yang
  • 通讯作者:
    Yang Yang
All-solid-state wire-shaped asymmetric supercapacitor based on binder-free CuO nanowires on copper wire and PPy on carbon fiber electrodes
基于铜丝上无粘合剂CuO纳米线和碳纤维电极上PPy的全固态线状非对称超级电容器
  • DOI:
    10.1016/j.jelechem.2021.115323
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Journal of Electroanalytical Chemistry
  • 影响因子:
    4.5
  • 作者:
    Ruirong Zhang;Changnan Chen;Huhu Yu;Sheng Cai;Yanmeng Xu;Yang Yang;Honglong Chang
  • 通讯作者:
    Honglong Chang
超级电容器材料及应用研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    微纳电子技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    石文明;刘意华;吕湘连;张瑞荣;何洋
  • 通讯作者:
    何洋

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其他文献

内蒙古牧区肉羊养殖规模与成本收益分析
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  • 发表时间:
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    张瑞荣
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    10.19556/j.0258-7033.2017-09-158
  • 发表时间:
    2017
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  • 通讯作者:
    李直
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  • 作者:
    张瑞荣;吕晓敏;刘海涛
  • 通讯作者:
    刘海涛

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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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