聚苯胺基碳源近表面化学成分对超容碳大微孔孔道结构的优化机理及其离子液体电吸附动力学和循环改善机制的研究

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基本信息

  • 批准号：
    51702131
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    24.0万
  • 负责人：
    周海涛
  • 依托单位：
    江苏大学
  • 学科分类：
    E0208.无机非金属能量转换与存储材料
  • 结题年份：
    2020
  • 批准年份：
    2017
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2018-01-01 至2020-12-31

项目摘要

This application proposes that the controllable preparation of large micropores-rich carbon electrode material can be achieved by adjusting the subsurface chemical composition of the polyaniline (PANI)-based carbon source. Meanwhile, a new thought of revealing the high IL (ionic liquid) SC (supercapacitor) rate capability mechanism through the electro-adsorption dynamic approach and a new method of exploring the mechanism of the improved cycling performance through ex-situ/in-situ spectroscopy techniques are also put forward. In this project, a particular ammonia-activation process will be used. The chemical reaction thermodynamics during the ammonia -activation process are also studied. The mechanism of the subsurface composition of PANI-based carbon source influencing on the pores structure of the carbon electrode material is investigated. Hence, the ablation of the pores can be deeply understood. The electrochemical properties of the big microporous carbon electrode materials are characterized. The mechanism of pores structure on the high rate capability of this material is investigated by an in-situ electro-adsorption dynamic experiment. The ex-situ/in-situ electrochemical spectroscopy and X-ray computed tomography were used to characterize the evolution of pore structure and electrode strain of the carbon electrode during the charge and discharge of SC. The mechanism of improved SC cycling performance by using the large micropores-rich carbon electrode is also investigated. The results of the research can help to understand not only the formation and charge/discharge mechanisms for the particular pores structure of the carbon electrode material, but also the mechanism of improved cycling performance for this kind of IL SC.
本申请提出从调整聚苯胺基碳源近表面化学成分的角度来实现大微孔碳电极材料的可控制备，从电吸附动力学的角度揭示该材料在离子液体中高电容倍率性能机理的新思路，以及从异位/原位光谱学角度探究该材料充放电循环改善机制的新方法。计划采用氨气活化工艺，研究氨气活化化学反应热力学过程。考察聚苯胺基碳源的近表面化学成分对氨气活化后的碳材料的孔道结构的影响机理，深刻理解孔道烧蚀过程。表征聚苯胺基大微孔碳电极材料的电化学性能，通过原位电吸附动力学实验，揭示孔道结构对材料高倍率性能的影响机理。采用原位/异位电化学光谱技术和X射线体层成像技术，表征碳电极在充放电循环过程中孔道结构、极片应变等演变规律，揭示大微孔孔道结构对循环改善的机理。本项目的研究结果不仅有助于深入理解氨气活化下的大微孔碳材料的多级孔道结构的形成机制和该材料的充放电机制，还有助于从微观孔道到宏观极片的多角度理解离子液体电容器循环性能改善的机理。

结项摘要

在本工作中，采用聚苯胺为原料，探究了H2O(gas)的量和CO2分压对活化产物的影响。所制备的活性碳比表面积和孔体积分别达到2357 m2·g-1和1.45 cm3·g-1。在采用离子电解液(EMIMBF4)的条件下，其容量达到203 F·g-1，在10000次充放电循环(5 A·g-1) 后具有91％的容量保持率。.在本工作中，研究发现聚苯胺碳中大量亚微孔(0.7-2 nm)的存在会极大地改善超级电容器在-40 °C下的低温性能，我们提出了“逐步去溶剂化机理”。同时，亚微孔和中孔结构相结合的官能团化碳纳米海绵活性碳(FCNSs)比容量高达131 F·g-1，在-40 °C的低温条件下，容量保持率可达100%。.在此，我们通过使用功能化纳米海绵聚苯胺碳作为正极，金属锌作为负极揭示了质子转移效应在离子电解液和有机电解液中的微观机理。采用离子电解液制所制作成的软包器件的体积能量密度(2.4V)高达54.3 Wh·L-1。同时，采用有机电解液时器件的体积能量密度达18.8 Wh·L-1，且具有超高的功率密度，器件的功率密度高达17.7 kW·L-1。.研究发现，通过控制微孔结构可以提高含氢官能团(-OH和-NH官能团)聚苯胺碳材料的综合电化学性能。FACs样品的容量高达435 F·g-1且循环稳定性十分优异，在2 A·g -1的电流密度下充放电循环10000后，容量保持率高达89%。.用一种简便的中试级无溶剂方法，结合高速气流研磨、热辊压以及与铝箔热压复合工艺制备了干法电极。LFP-AC//LTO-AC SF全电池结合了电池和电容器的特性，更像是一个混合电容器。因为SF电极的厚电极、高压实密度设计，SF全电池呈现出单电极上的高面积比容量1.4 mAh cm-2（97.3 mAh g-1）以及95 Wh L-1的高体积能量密度。全电池在持续5000多个循环后呈现出92%的良好容量保持率。

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（8）
Polypyrrole derived porous carbon for high-performance Li ion capactiors
用于高性能锂离子电容器的聚吡咯衍生多孔碳
  • DOI：
    10.1016/j.vacuum.2020.109360
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    Vacuum
  • 影响因子：
    4
  • 作者：
    Gao Hongquan;Zhang Dong;Zhou Haitao;Wu Jianchun;Liu Chao;Xu Guijiang;Liu Menghao;Yang Jianhong
  • 通讯作者：
    Yang Jianhong
Dense integration of solvent-free electrodes for Li-ion supercabattery with boosted low temperature performance
用于锂离子超级电池的无溶剂电极的密集集成，具有增强的低温性能
  • DOI：
    10.1016/j.jpowsour.2020.228553
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    Journal of Power Sources
  • 影响因子：
    9.2
  • 作者：
    Zhou Haitao;Liu Menghao;Gao Hongquan;Hou Dong;Yu Chongchen;Liu Chao;Zhang Dong;Wu Jian-chun;Yang Jianhong;Chen De
  • 通讯作者：
    Chen De
Boosting Specific Energy and Power of Carbon-Ionic Liquid Supercapacitors by Engineering Carbon Pore Structures
通过设计碳孔结构提高碳离子液体超级电容器的比能量和功率
  • DOI：
    10.3389/fchem.2020.00006
  • 发表时间：
    2020-02
  • 期刊：
    Frontiers in Chemistry
  • 影响因子：
    5.5
  • 作者：
    Zhang Dong;Gao Hongquan;Hua Guomin;Zhou Haitao;Wu Jianchun;Zhu Bowei;Liu Chao;Yang Jianhong;Chen De
  • 通讯作者：
    Chen De
Boosting gravimetric and volumetric energy density of supercapacitors by 3D pomegranate-like porous carbon structure design
通过 3D 石榴状多孔碳结构设计提高超级电容器的重量和体积能量密度
  • DOI：
    10.1016/j.apsusc.2020.147613
  • 发表时间：
    2020-12-30
  • 期刊：
    APPLIED SURFACE SCIENCE
  • 影响因子：
    6.7
  • 作者：
    Gao, Hongquan;Zhang, Dong;Chen, De
  • 通讯作者：
    Chen, De
Great Enhancement of Carbon Energy Storage through Narrow Pores and Hydrogen-Containing Functional Groups for Aqueous Zn-Ion Hybrid Supercapacitor
通过窄孔和含氢官能团极大增强水性锌离子混合超级电容器的碳储能
  • DOI：
    10.3390/molecules24142589
  • 发表时间：
    2019-07-02
  • 期刊：
    MOLECULES
  • 影响因子：
    4.6
  • 作者：
    Liu, Chao;Wu, Jian-Chun;Yang, Jianhong
  • 通讯作者：
    Yang, Jianhong

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    杨艳玲

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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]
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          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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