锂离子/电子在微锂电池多层膜之间界面输运过程的研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    U1630134
  • 项目类别:
    联合基金项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A31.NSFC-中物院联合基金
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2019-12-31

项目摘要

One of the key parts for the lithium microbatteries (all solid state film lithium-ion batteries) is the solid state electrolyte materials with the excellent comprehensive performance such as the high ionic conductivity, wide electrochemical window and no interface reaction and being compatible mechanical behaviors with the electrodes. Garnet-type oxide Li7La3Zr2O12 possesses the high conductivity at room temperature and thus has been regarded as one of solid state electrolytes with great application potential. In this way, it is necessary to further investigate the transport processes of Li-ion/electron through the Li7La3Zr2O12 and relevant interfaces. Combined with molecular dynamics, Monte Carlo simulation and the thermodynamic knowledge, first-principles calculations have exhibited the strong excellence in studying the ion/electron transport mechanism, defect/interface thermodynamics, phase diagram/transition, phonon vibration mode and mechanical properties. In the present project, by these computational materials tools and relevant experimental methods, we will characterize the structural disordering and lithium-ion concerted transport, build the structure-performance relationship between the lithium ion transport activation energy (pathway) and crystal structure, reveal the ionic transport and charge transfer mechanisms at the electrolyte/electrode interface, thus offering the experimental improvement strategy and pushing the application of lithium microbatteries. Another aim of carrying out this project is to cultivate the young researches in China academy of engineering physics.
具有高离子电导、宽电化学窗、与电极不发生界面反应且机械性能(应力/热膨胀系数等)匹配等综合性能优异的固体电解质材料是微锂电池(固态薄膜锂离子电池)的核心。因在室温下具有较高的离子电导率,石榴石结构型氧化物Li7La3Zr2O12被认为是最具有应用前景的固体电解质材料之一。为此,需要对锂离子/电子在其体相及相关界面的输运过程开展系统深入的研究。基于密度泛函理论的第一性原理计算同分子动力学、蒙特卡罗模拟和热力学统计物理相结合已广泛应用于研究锂离子电池材料的锂离子/电子输运机理、缺陷/界面热力学、相图与相变、声子振动模式以及力学性质等。本项目拟通过上述计算材料学方法并结合实验揭示Li7La3Zr2O12结构无序性与协同输运的特征、建立输运活化能及通道与晶体微观结构之间的构效关系、阐明电解质/电极界面离子输运和电荷转移的微观机理等,据此提出改性策略,推动微锂电池的应用。培养中物院青年参研人员。

结项摘要

聚焦具有高离子电导、宽电化学窗、与电极不发生界面反应且机械性能(应力/热膨胀系数等)匹配等综合性能优异的固体电解质材料是微锂电池(固态薄膜锂离子电池)的核心,本项目利用基于密度泛函理论的第一性原理计算、渗流理论和蒙特卡罗洛模拟等计算材料学方法并结合实验验证揭示了最具有应用前景的固体电解质材料之一的Li7La3Zr2O12结构无序性与协同输运的特征、建立了输运活化能及通道与晶体微观结构之间的构效关系并阐明电解质/电极界面离子输运和电荷转移的微观机理。通过跨尺度解析立方相石榴石固态电解质中四面体空位调制的离子输运行为,建立了Li+浓度、四面体占据率和有效载流子浓度之间的定量关系;采用锂浸润Li2CO3-free Li7La3Zr2O12(LLZO)实现了低界面电阻和高锂溶解沉积电流密度;开发出一套基于高通量自动反应筛选界面相和机器学习以评估Li|掺杂Li7La3Zr2O12(LLZOM)界面在各种化学条件下的可能反应和热力学稳定性的计算流程,籍此提出采用具有强M-O键能的M进行掺杂LLZO可提高Li|LLZOM界面热力学稳定性的改性策略;提出利用气体吸放反应来提高固体离子电导率的新概念;提出一种结合“几何分析+键价和计算”快速获得最小能量路径的方法,并成功应用于Li3PS4中的离子输运通道指认;建立了利用介观模型筛选聚合物基复合电解质的计算流程;通过综述锂离子电池负极表面固体电解质膜的多尺度模拟研究进展,强调融合不同时间-空间尺度模拟方法开展固体电解质膜理性设计及综合性能评估的必要性。发表Joule等SCI论文13篇,他引362次、1篇入选ESI高倍引论文;国内外学术会议邀请报告/口头报告/墙报17/10/2次;培养硕士毕业生3名、在读博士生/硕士生1/4名; 访问中物院电子工程研究所506室并做学术报告4次;协助中物院青年参研人员修改青年基金申请书2项(已成功获批1项)。

项目成果

期刊论文数量(2)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
First-Principles Study of MoO3/Graphene Composite as Cathode Material for High-Performance Lithium-Ion Batteries
MoO3/石墨烯复合材料作为高性能锂离子电池正极材料的第一性原理研究
  • DOI:
    10.1016/j.apsusc.2017.10.147
  • 发表时间:
    2018-03-01
  • 期刊:
    APPLIED SURFACE SCIENCE
  • 影响因子:
    6.7
  • 作者:
    Cui, Yanhua;Zhao, Yu;Shi, Siqi
  • 通讯作者:
    Shi, Siqi

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其他文献

正交相Fe2(MoO4)3的制备与表征及其负膨胀行为的第一性原理研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    物理学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    柴丰涛;岳继礼;邱吴劼;郭海波;陈丽江;施思齐
  • 通讯作者:
    施思齐
碳基燃料SOFC阳极材料研究进展
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    中国工程科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    肖睿娟;施思齐;李泓;陈立泉
  • 通讯作者:
    陈立泉
碳基燃料固体氧化物燃料电池阳极材料研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    中国工程科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    肖睿娟;施思齐;李泓;陈立泉
  • 通讯作者:
    陈立泉
BiFeO3结构性质与相转变的第一性原理研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    物理学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    施思齐;唐为华;丁航晨;姜平
  • 通讯作者:
    姜平
锂离子电池无机固体电解质的计算
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    自然杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    高健;何冰;施思齐
  • 通讯作者:
    施思齐

其他文献

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施思齐的其他基金

氟化碳基锂一次电池的电极/电解液界面重构及离子输运特性研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    300 万元
  • 项目类别:
    联合基金项目
融合理论计算和中子散射技术研究四种NASICON结构化合物的传导离子占位无序和协同输运问题
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    2018
  • 资助金额:
    60.0 万元
  • 项目类别:
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  • 项目类别:
    面上项目

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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

        graph TD
          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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