含天然模板生物质制备多孔炭材料及其在高能锂电池中的应用

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51272017
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    80.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0203.碳素材料与超硬材料
  • 结题年份:
    2016
  • 批准年份:
    2012
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2013-01-01 至2016-12-31

项目摘要

Rechargeable lithium sulfur battery and rechargeable lithium air (oxgen) battery, which are environmental friendly high energy batteries, have wide application prospects. The main challenges are their poor cycle life. Designing and preparing the porous carbon matrix, and then using them to fabricate highly effective reaction interface constitutes will play an important role to improve cell performance. In this study, based on the perfect structure of the biomass with natural templates, we are going to focus on developing novel porous carbons with favorable pore structure and surface composition which are effective for redox reaction in cathodes of lithium sulfur battery and rechargeable lithium air (oxgen) battery, revealing the forming process and mechanism of pore structure and surface functional groups, further developing the pore-creating model of the carbon materials using biomass with natural templates as precursor and establishing the theory in terms of this carbon microstructure formation. Influence of the specific energy, specific power, cycle life of lithium sulfur battery or lithium air battery on pore structure, degree of graphitization, functional groups of the carbon materials will be studied, and its energy storage behavior and mechanism will be revealed. Stable sulfur cathode and air cathode will be fabricated using these new carbon materials, by providing perfect interfaces of the electrochemical reaction in these two rechargeable batteries. Novel way to improve cycle performance of the lithium battery (lithium sulfur battery or lithium air battery) and its mechanism should be discovered. Through this item, a kind of novel materials for high energy lithium battery will be developed, and a new application field of the biomass (such as animal bone and scale) will be opened up.
锂硫和锂空(氧)气二次电池作为环境友好的新型高能电池体系,无疑具有广阔的应用潜力。目前它们实用化亟待解决的共性问题是循环稳定性差。通过新型炭材料的制备,构建出有利于高能锂电池(锂硫和锂空(氧)气电池)正极电化学反应的界面是提高锂电池性能的关键。本研究借助含天然模板生物质结构的优势,研究制备具有有效孔结构和高电化学活性表面组成的新型炭材料,揭示其孔结构和表面官能团的形成过程与机制,发展新型含天然模板生物质制备炭材料造孔过程模型和微观结构形成理论;研究锂硫电池和锂空(氧)气电池比能量、比功率和循环寿命与炭材料的孔结构、石墨化程度和表面官能团等物化性能之间关联规律,阐明其储能行为和炭材料作用机制;并以分别其制备出高能锂硫电池和锂空(氧)气正极,为其电化学反应构建新型优化界面,探求提高其循环性能新方法,揭示其机理。为高能锂二次电池正极开发新材料,为含天然模板生物质(动物骨和鳞等)开拓新的应用领域。

结项摘要

在高比能电池研究领域, 具有分级孔结构的炭材料优势显著,已成为目前研究热点。本项目采用食品加工废弃物鱼鳞等生物质为原料,借助其结构和组成的优势设计制备出具有分级孔结构炭材料,并用其改善了高比能电池电化学性能。具体工作包括:.第一,用含天然模板生物质(鱼鳞)制备了多孔炭材料,并对其炭化机制进行了研究。结果表明,碳化温度和活化剂用量对炭材料的孔结构和组成影响显著。所制炭材料比表面积可高达2732m2/g,且具有多级孔分布;同时可以实现N,S,O的掺杂。因此该方法可实现炭材料组成和结构的可控制备。.第二,用生物质设计制备了锂硫电池用高性能多孔炭及其复合材料。借助电化学测试、紫外分光光谱、X射线能量色散谱分析等手段,研究了不同结构和组成的多孔炭对硫正极动力学的影响及充放电反应机制。结果表明,应用所制备多孔炭添加到硫正极可实现首放容量为1612mAh g-1(0.1C),经50次循环后,容量保持率为73.6%。用该多孔炭设计制备非对称硫正极,在1C下,首放容量为 1426 mAh g-1;100次循环后,比容量仍保持990 mAh g-1,库仑效率高达97%。凭借蟹壳的组成和结构的优势,以蟹壳为原料,制备了Ca(OH)2/炭复合物,并以此改性了锂硫电池隔膜,有效地抑制了多硫化物溶解,提高了锂硫电池电化学性能。在1C倍率下,经200次循环,比容量仍保持在780 mAhg-1。.第三,采用含天然模板生物质蟹壳和鱼鳞制备了锂空电池正极用微孔炭材料,将它们与商用norit微孔炭材料进行了对比研究。结果表明,由于蟹壳基介孔炭丰富的介孔结构,为Li2O2的生成提供了充足的反应界面,从而显著提高了空气电极性能。蟹壳基介孔碳正极在100mA g-1恒流放电下,首次放电容量达6600 mAhg-1,且展示了小的电化学极化。较鱼鳞基炭材料及商用Norit炭材料优势显著。.这些研究结果为高比能锂电池开发新材料提供了理论依据,也将为含天然模板生物质有效利用开发新途径。.

项目成果

期刊论文数量(14)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
From fish scales to highly porous N-doped carbon: a low cost material solution for CO2 capture
从鱼鳞到高度多孔的氮掺杂碳:用于二氧化碳捕获的低成本材料解决方案
  • DOI:
    10.1039/c5ra16745k
  • 发表时间:
    2015-01-01
  • 期刊:
    RSC ADVANCES
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Huang, Bicheng;Shao, Hongyuan;Huang, Yaqin
  • 通讯作者:
    Huang, Yaqin
A gelatin-based sol–gel procedure to synthesize the LiFePO4/C nanocomposite for lithium ion batteries
基于明胶的溶胶凝胶程序合成用于锂离子电池的 LiFePO4/C 纳米复合材料
  • DOI:
    10.1016/j.ssi.2014.01.041
  • 发表时间:
    2014-05
  • 期刊:
    Solid State Ionics
  • 影响因子:
    3.2
  • 作者:
    Hao Zhang;Yilei Chen;Zhongbao Yu;Yaqin Huang
  • 通讯作者:
    Yaqin Huang
Improved electrochemical performance of sulphur cathodes with acylated gelatine as a binder
以酰化明胶为粘合剂改善硫正极的电化学性能
  • DOI:
    10.1039/c5ra07325a
  • 发表时间:
    2015-05
  • 期刊:
    RSC Advances
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Hongyuan Shao;Chengming Li;Naiqiang Liu;Weikun Wang;Hao Zhang;Xuhui Zhao;Yaqin Huang
  • 通讯作者:
    Yaqin Huang
High-performance fish-scale-based porous carbon for the removal of methylene blue from aqueous solution
用于去除水溶液中亚甲基蓝的高性能鱼鳞多孔碳
  • DOI:
    10.1039/c4ra00756e
  • 发表时间:
    2014-04
  • 期刊:
    RSC Advances
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    黄璧成;李承明;黄雅钦;陈晓农
  • 通讯作者:
    陈晓农
Chitosan as a functional additive for high-performance lithium-sulfur batteries
壳聚糖作为高性能锂硫电池的功能添加剂
  • DOI:
    10.1039/c5ta03032c
  • 发表时间:
    2015-01-01
  • 期刊:
    JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY A
  • 影响因子:
    11.9
  • 作者:
    Chen, Yilei;Liu, Naiqiang;Huang, Yaqin
  • 通讯作者:
    Huang, Yaqin

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其他文献

A novel porous nanocomposite of sulfur/carbon obtained from fish scales for lithiumsulfur batteries
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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金属锂在含多硫化物电解液中的稳定性研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
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    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    黄雅钦
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阿尼玛骨基型石墨烯锂离子电池负极材料及其制备方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    其他发明人请求不公开姓名
明胶对人脐静脉内皮细胞株细胞相容性影响的研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2010
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    于腾飞;唐杰;黄雅钦;刘麟
  • 通讯作者:
    刘麟

其他文献

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储能用生物质基纤维状碳结构材料的功能调控及作用机制研究
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AI项目解读示例

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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