二次锌基电池Nano Zn@C负极的电沉积可控构筑、性能调控及枝晶生长抑制机制研究

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基本信息

  • 批准号:
    51804132
  • 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:
    E0410.冶金物理化学与冶金原理
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Since its advantages which include high energy and high power density, safe and efficient discharge, cheap and nontoxic electrode material, as well as easy fabrication, rechargeable Zn-based battery shows great practical value and development prospect in the field of scale energy storage. However, its cycle life is severely shortened due to the dendritic growth of commercial zinc anode in recharging process, hindering its practical process undoubtedly. This proposal is intended to electrodeposit nanocrystalline zinc composite anode (Nano Zn@C) with high inhibiting ability of dendritic growth on the nano-carbon materials for replacing the conventional zinc anode. Meanwhile, functional mechanism of the additive and influences of electrodeposition parameters on surface morphology, grain size as well as loading capacity of nanocrystalline zinc are illustrated to achieve controllable preparation of Nano Zn@C. By investigating electrochemical properties of Nano Zn@C, the intrinsic relationship between its structure and inhibiting ability of dendritic growth can also be clarified, and then the preparation technology of Nano Zn@C is modified according to experimental results. Moreover, the inhibiting mechanism of dendritic growth is revealed from the viewpoint of electron work function, and the theoretical model of electron work function is constructed, so as to guide the design and synthesis of anode materials for rechargeable Zn-based batteries. Our study provides theoretical guidance for producing high-performance anode materials, therefore is extremely significant to promote the development, application as well as industrialization of rechargeable Zn-based batteries.
二次锌基电池具有高能量密度、高功率密度、放电过程安全高效、电池材料无毒廉价、制备工艺简单等优点,在大型储能等领域具有很高的应用价值和发展前景。然而目前商业化锌负极的枝晶生长问题严重缩短了二次锌基电池的循环寿命,这无疑阻碍了其向实用化发展的进程。本申请拟采用电沉积法在纳米碳材料表面构筑高枝晶生长抑制能力的纳米晶锌复合电极(Nano Zn@C)以替代传统锌负极;同时阐明添加剂的作用机理和电沉积参数对纳米晶锌形貌、晶粒尺寸和负载量的影响规律,从而实现复合电极的可控制备;通过对复合电极电化学性能测试,揭示其结构与枝晶生长抑制能力间的构效关系,并根据实验结果对其制备工艺进行修订;从电子功函数理论角度阐明复合电极的枝晶生长抑制机制,并构建其电子功函数理论计算模型用以指导二次锌基电池负极材料的设计合成。本研究为制备高性能锌负极材料提供了理论指导,对推动二次锌基电池的发展、应用及产业化进程具有重要意义。

结项摘要

二次锌基电池具有高能量密度、高功率密度、放电过程安全高效、电池材料无毒廉价、制备工艺简单等优点,在大型储能等领域具有很高的应用价值和发展前景。然而目前商业化锌负极的枝晶生长问题严重缩短了二次锌基电池的循环寿命,这无疑阻碍了其向实用化发展的进程。本申请采用电沉积法在纳米碳材料表面构筑高枝晶生长抑制能力的纳米晶锌复合电极(Nano Zn@C)以替代传统锌负极;同时阐明了添加剂的作用机理和电沉积参数对纳米晶锌形貌、晶粒尺寸和负载量的影响规律,从而实现了复合电极的可控制备;通过对复合电极电化学性能测试,揭示了其结构与枝晶生长抑制能力间的构效关系,并根据实验结果对其制备工艺进行了修订;从电子功函数理论角度阐明复合电极的枝晶生长抑制机制,并构建了其电子功函数理论计算模型用以指导二次锌基电池负极材料的设计合成。本研究为制备高性能锌负极材料提供了理论指导,对推动二次锌基电池的发展、应用及产业化进程具有重要意义。

项目成果

期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Deciphering the levelling mechanism of sorbitol for copper electrodeposition via electrochemical and computational chemistry study
通过电化学和计算化学研究解读山梨醇用于铜电沉积的流平机制
  • DOI:
    10.1016/j.jelechem.2020.114887
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Journal of Electroanalytical Chemistry
  • 影响因子:
    4.5
  • 作者:
    Lin Chaoyu;Hu Jiaping;Zhang Qinqin;Zhang Jinqiu;Yang Peixia;Fan Xu;Li Qingyang;An Maozhong
  • 通讯作者:
    An Maozhong
A Facile and Flexible Approach for Large-Scale Fabrication of ZnO Nanowire Film and Its Photocatalytic Applications
一种简便灵活的大规模制备 ZnO 纳米线薄膜的方法及其光催化应用
  • DOI:
    10.3390/nano9060846
  • 发表时间:
    2019-06
  • 期刊:
    Nanomaterials
  • 影响因子:
    5.3
  • 作者:
    Li Qingyang;Wang Qiwei;Chen Zaijun;Ma Quanxin;An Maozhong
  • 通讯作者:
    An Maozhong
Se induced underpotential deposition of amorphous CoSe2 ultrathin nanosheet arrays as high-efficiency oxygen evolution electrocatalyst for zinc-air battery
  • DOI:
    https://doi.org/10.1016/j.mtener.2021.100882
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Materials Today Energy
  • 影响因子:
    9.3
  • 作者:
    Ruopeng Li;Qingyang Li;Lihui Xiao;Xinxin Bai;Shanshan Ji;Jinqiu Zhang;Maozhong An;Peixia Yang
  • 通讯作者:
    Peixia Yang
Se-induced underpotential deposition of amorphous CoSe2 ultrathin nanosheet arrays as high-efficiency oxygen evolution electrocatalysts for zinc–air batteries
Se诱导欠电位沉积非晶CoSe2超薄纳米片阵列作为锌空气电池高效析氧电催化剂
  • DOI:
    10.1016/j.mtener.2021.100882
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Materials Today Energy
  • 影响因子:
    9.3
  • 作者:
    Ruopeng Li;Qingyang Li;Lihui Xiao;Xinxin Bai;Shanshan Ji;Jinqiu Zhang;Maozhong An;Peixia Yang
  • 通讯作者:
    Peixia Yang
Ni nanoparticles-loaded ZnO nanowire as an efficient and stable catalyst for reduction of 4-nitrophenol,
负载 Ni 纳米颗粒的 ZnO 纳米线作为有效且稳定的 4-硝基苯酚还原催化剂,
  • DOI:
    10.1002/eom2.12164
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    EcoMat
  • 影响因子:
    14.6
  • 作者:
    Chaoyu Lin;Gan Luo;Huiqin Zhou;Anlin Feng;Li Zeng;Qingyang Li
  • 通讯作者:
    Qingyang Li

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其他文献

压力无关型风量控制阀流场特性分析
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 作者:
    孟德远;陈飞;张海运;彭茜;李庆阳
  • 通讯作者:
    李庆阳
动态恶劣天气下的多目标多机改航路径规划
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    中国民航大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    齐雁楠;王兴隆;李庆阳
  • 通讯作者:
    李庆阳

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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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