原位3D打印碳纳米管增强石墨烯泡沫制备及其力学和电化学协同储能效应
项目介绍
AI项目解读
基本信息
- 批准号:51771136
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:60.0万
- 负责人:
- 依托单位:
- 学科分类:E0107.金属功能材料
- 结题年份:2021
- 批准年份:2017
- 项目状态:已结题
- 起止时间:2018-01-01 至2021-12-31
- 项目参与者:马丽颖; 沙军威; 刘兴海; 蒲博闻; 杨昆明; 眭思密; 刘鹏;
- 关键词:
项目摘要
Graphene (GN), with excellent physical, chemical, and mechanical properties, shows wide application prospects. However, the low effective specific surface area caused by the aggregation of GN nanosheets, the complicated preparation processes, as well as high consumption limit its performance and scale production. To build GN into a three-dimensional (3D) network structure is an effective method to solve this problem. Thus, in this project, according to the requirements of electrode materials of energy storage devices, we propose to develop a 3D printed carbon nanotubes (CNTs) reinforced graphene foam composite foam (3DP-RGF) by combining 3D printing process and in-situ preparation, and investigate the synergistic effects of its mechanical and electrochemical properties. 3DP-RGF with and without elemental doping, such as N, B, and so on, will be prepared in-situ in one-step by 3D printing, with laser sintered metal powders as catalysts and templates, decorated CNTs as reinforcement, and solid carbon sources including sucrose, as well as additives. The effect factors and mechanism of graphene growth and doping under laser irradiation will be investigated. The influence of CNTs contents, pore structures, GN/CNTs interfaces, and doping elements and their contents on the properties of the foam will be demonstrated. Combined with theoretical calculation, synergistic effects of the structure, mechanical and electrochemical performance will be analyzed, and the mechanism model will be built. The results of this research would be able to provide a new approach for the application of 3D printing technique in the preparation of GN materials, as well as theoretical foundation and experimental guidance for the application of 3D carbon materials in the field of energy storage as well as the integration of their structure and function.
石墨烯(GN)具有优异的物理、化学和力学性能,应用广泛。但GN纳米片易团聚而导致有效比表面积低、制备复杂、高能耗等限制了其优异性能的发挥。三维网络GN结构是解决该难题的有效方法之一。本课题从储能器件电极材料的需要出发,拟采用3D打印和原位合成相结合的方法,研究制备碳纳米管(CNTs)增强GN泡沫及其力学和电化学性能的协同效应。以金属粉末为催化剂和模板、蔗糖等为固体碳源、CNTs为增强体,通过3D打印实现GN的原位生长,并利用添加剂进行B、N等元素同步掺杂,一步法获得GN泡沫。研究激光诱导下GN原位合成的影响因素和机理;CNTs含量、孔结构、CNTs/GN界面、掺杂元素等对GN泡沫性能的影响,并结合理论计算,探明GN泡沫结构-力学-电化学性能协同效应,建立理论模型。成果将为实现3D打印技术在GN制备中的应用提供新方法,也为三维碳纳米材料在储能领域及结构/功能一体化应用提供理论依据和实验指导。
结项摘要
石墨烯(GN)具有优异的物理、化学和力学性能,应用广泛。但GN纳米片易团聚而导致有效比表面积低、制备复杂、高能耗等限制了其优异性能的发挥。三维网络GN结构是解决该难题的有效方法之一。本课题从储能器件电极材料的需要出发,利用3D打印和化学气相沉积(CVD)、模板法、粉末冶金等相结合的原位合成方法,可控制备了碳纳米管(CNTs)增强三维GN及其复合材料,并研究了其力学和电化学性能的协同效应。以金属粉末为催化剂和模板、蔗糖等为固体碳源、CNTs为增强体,实现了三维GN及其复合材料的原位生长,并利用添加剂实现了N、S等元素的掺杂。研究了不同合成方法下GN原位合成的影响因素和机理;CNTs引入方式、孔结构、CNTs/GN界面、掺杂元素等对三维GN性能的影响。在此基础上,结合抗结冰、超级电容器和电池等力学及电化学应用,探明了三维GN结构-力学-电化学性能协同机理。成果将为实现3D打印技术在GN制备中的应用提供新方法,也为三维碳纳米材料在储能领域及结构/功能一体化应用提供理论依据和实验指导。
项目成果
期刊论文数量(9)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(6)
Bi-functional modular graphene network with high rate and cycling performance
具有高倍率和循环性能的双功能模块化石墨烯网络
- DOI:10.1016/j.jpowsour.2021.230075
- 发表时间:2021-08
- 期刊:Journal of Power Sources
- 影响因子:9.2
- 作者:Junwei Sha;Xiaoyu Chu;Tingting Xu;Yue Li;Yu Tang;Liying Ma;Chunsheng Shi;Enzuo Liu;Dongdong Zhao;Chunnian He;Naiqin Zhao
- 通讯作者:Naiqin Zhao
Covalently bonded 3D rebar graphene foam for ultrahigh-areal-capacity lithium-metal anodes by in-situ loose powder metallurgy synthesis
通过原位松散粉末冶金合成用于超高面积容量锂金属阳极的共价键合 3D 钢筋石墨烯泡沫
- DOI:10.1016/j.carbon.2019.11.022
- 发表时间:2020
- 期刊:Carbon
- 影响因子:10.9
- 作者:Yu Tang;Junwei Sha;Ning Wang;Rui Zhang;Liying Ma;Chunsheng Shi;Enzuo Liu;Naiqin Zhao
- 通讯作者:Naiqin Zhao
Equivalent circuit model recognition of electrochemical impedance spectroscopy via machine learning
通过机器学习识别电化学阻抗谱的等效电路模型
- DOI:10.1016/j.jelechem.2019.113627
- 发表时间:2019
- 期刊:Journal of Electroanalytical Chemistry
- 影响因子:4.5
- 作者:Shan Zhu;Xinyang Sun;Xiaoyang Gao;Jianrong Wang;Naiqin Zhao;Junwei Sha
- 通讯作者:Junwei Sha
Predicting battery life with early cyclic data by machine learning
通过机器学习利用早期循环数据预测电池寿命
- DOI:10.1002/est2.98
- 发表时间:2019-11
- 期刊:Energy Storage
- 影响因子:3.2
- 作者:Shan Zhu;Naiqin Zhao;Junwei Sha
- 通讯作者:Junwei Sha
Boosting the stable sodium-ion storage performance by tailoring the 1D TiO2@ReS2 core-shell heterostructures
通过定制一维TiO2@ReS2核壳异质结构提高稳定的钠离子存储性能
- DOI:10.1016/j.electacta.2020.135695
- 发表时间:2020-04
- 期刊:Electrochimica Acta
- 影响因子:6.6
- 作者:Xinqian Wang;Biao Chen;Jing Mao;Junwei Sha;Liying Ma;Naiqin Zhao;Fang He
- 通讯作者:Fang He
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其他文献
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