高电压自支撑聚阴离子型正极材料的结构设计及储锌性能研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21905058
  • 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:
    B0905.电能源化学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Aqueous zinc ion batteries (ZIBs) have been regarded as one of the ideal choices for the next energy storage devices owing to their high safety, low cost and abundant resources. However, due to the higher charge and heavier mass of Zn2+(vs. Li+), serious solvation effect and large diffusion barrier, Zn2+ is difficult to embed in the cathode material of ZIBs. There are few kinds of cathode materials that can effectively store Zn2+, especially high-voltage cathode materials. Na3V2(PO4)2F3 has been considered as potential high-voltage cathode material owing to its high redox voltage and excellent structural stability. Nevertheless, the electronic conductivity is low and the zinc storage mechanism is not clear. This project intends to prepare free-standing Na3V2(PO4)2F3/C composite electrode by solvothermal method with mild reagent to construct micro-nano composite structure composed of nano-Na3V2(PO4)2F3 and in-situ coated conductive carbon layer. The composite structure can improve the conductivity and then enhance the cycle and rate performance. This project can explore the structure-activity relationship between its electrochemical properties and its structure, and also study its electrochemical zinc storage mechanism by in-situ experiments and theoretical calculation. These results will provide a certain theoretical basis for the research and development of cathode electrode materials for aqueous ZIBs with high voltage, high stability and long life.
水系锌离子电池因其安全性能高、成本低、锌资源丰富等优点被认为是下一代储能装置的理想选择之一。但是,锌离子的电荷高且其原子质量大,溶剂化效应严重,扩散能垒大,导致锌离子不易嵌入材料中,有效存储锌的正极材料种类较少,尤其是高电压的储锌电极材料。氟磷酸钒钠因具有高的氧化还原电位和优异的结构稳定性等优点成为非常有发展潜力的高电压储锌电极材料。然而,这类材料的电子电导率低,而且其电化学储锌机制尚不明确。本项目拟选用温和的试剂通过溶剂热法低温制备自支撑的氟磷酸钒钠/碳复合电极,构建由纳米氟磷酸钒钠和原位包覆的导电碳层组成的微纳复合结构,提高材料的导电性,从而改善其循环性能及倍率性能,探究其电化学性能与其结构之间的构效关系。利用原位实验手段结合理论计算,深入探讨其电化学储锌机制。本项目研究将为设计高电压、高稳定性、长寿命的水系锌离子电池正极材料的研发提供一定的理论基础。

结项摘要

水系锌离子电池因其安全性能高、成本低、锌资源丰富等优点被认为是下一代储能装置的理想选择之一。但是,锌离子的电荷高且其原子质量大,溶剂化效应严重,扩散能垒大,导致锌离子不易嵌入材料中,有效存储锌的正极材料种类较少,尤其是高电压的储锌电极材料。氟磷酸钒钠和磷酸钒钠因具有高的氧化还原电位和优异的结构稳定性等优点成为非常有发展潜力的高电压储锌电极材料。然而,这类材料的电子电导率低,而且其电化学储锌机制尚不明确。本项目拟通过微波水热法联合后续热处理制备氟磷酸钒钠@还原氧化石墨烯复合电极和氟磷酸钒钠@碳管复合电极,构建由纳米氟磷酸钒钠和原位包覆的导电碳层组成的微纳复合结构,提高材料的导电性,增强材料的动力学参数,从而改善其循环性能及倍率性能,探究其电化学性能与其结构之间的构效关系。氟磷酸钒钠@还原氧化石墨烯电极在0.5 C下可以提供126.9 mAh g-1的比容量,1.48/1.57 V的高氧化还原电位,在高倍率20 C下可以提供93.9 mAh g-1的比容量,在15 C下循环5000圈每圈容量损失率仅为0.0074%。氟磷酸钒钠@碳管自支撑电极在高倍率20 C可以传递66.5 mAh g-1的比容量,在5 C下循环4000圈比容量可以保持在67.5 mAh g-1。以溶液法联合后续热处理获得的磷酸钒钠-碳布自支撑复合电极在10 C下循环100圈比容量保持在41.6 mAh g-1。利用原位X射线衍射,非原位透射电镜、非原位X射线光电子能谱证明氟磷酸钒钠的可逆锌离子脱嵌机制。本项目研究将为设计高电压、高稳定性、长寿命的水系锌离子电池正极材料的研发提供一定的理论基础。

项目成果

期刊论文数量(8)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
Application of Vanadium Phosphate in Aqueous Zinc-ion Batteries
磷酸钒在水系锌离子电池中的应用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    Chinese Journal of Engineering
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Qiaofeng Huang;Ruimei Pan;H;ong Peng;Yiqi Wang;Xiaoyan Shi;Junjie Cai;Lianyi Shao;Zhipeng Sun
  • 通讯作者:
    Zhipeng Sun
In-situ fabrication of active interfaces towards FeSe as advanced performance anode for sodium-ion batteries
原位制造 FeSe 活性界面作为钠离子电池的先进性能阳极
  • DOI:
    10.1016/j.jcis.2022.07.094
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Journal of Colloid and Interface Science
  • 影响因子:
    9.9
  • 作者:
    Shige Wang;Tingting Cui;Lianyi Shao;Shenghong Yang;Lu Yu;Jieduo Guan;Xiang Shi;Junjie Cai;Zhipeng Sun
  • 通讯作者:
    Zhipeng Sun
Self-supporting Na3V2(PO4)3 as cathode for aqueous zinc ion batteries
自支撑Na3V2(PO4)3作为水系锌离子电池正极
  • DOI:
    10.1016/j.matlet.2022.132637
  • 发表时间:
    2022-06
  • 期刊:
    Materials Letters
  • 影响因子:
    3
  • 作者:
    Lu Yu;Shuang Liu;Lianyi Shao;Xi Wang;Jieduo Guan;Xiaoyan Shi;Junjie Cai;Zhipeng Sun
  • 通讯作者:
    Zhipeng Sun
A low-cost NiSe2 derived from waste nickel foam as a high-performance anode for sodium ion batteries
从废泡沫镍中提取的低成本 NiSe2 作为钠离子电池的高性能阳极
  • DOI:
    10.1016/j.mtphys.2021.100593
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Materials Today Physics
  • 影响因子:
    11.5
  • 作者:
    Lu Yu;Lianyi Shao;Shige Wang;Jieduo Guan;Xiaoyan Shi;Junjie Cai;Nikolai Tarasenko;Zhipeng Sun
  • 通讯作者:
    Zhipeng Sun
Trash to treasure: Carbon-free ZnSe derived from waste zinc foil as a high-rate and long-life anode material enabling fast-charging sodium-ion batteries
变废为宝:从废锌箔中提取的无碳硒化锌作为高倍率、长寿命的负极材料,可实现钠离子电池的快速充电
  • DOI:
    10.1016/j.jpowsour.2022.231801
  • 发表时间:
    2022-09
  • 期刊:
    Journal of Power Sources
  • 影响因子:
    9.2
  • 作者:
    Lu Yu;Lianyi Shao;Ruimei Pan;Jiarui Lin;Jieduo Guan;Xiaoyan Shi;Junjie Cai;Chengcheng Chen;Zhipeng Sun
  • 通讯作者:
    Zhipeng Sun

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其他文献

Copper/carbon coated lithium sodium titanate as advanced anode material for lithium-ion batteries
铜/碳包覆钛酸锂钠作为先进锂离子电池负极材料
  • DOI:
    10.1016/j.jpowsour.2014.02.097
  • 发表时间:
    2014-08
  • 期刊:
    Journal of Power Sources
  • 影响因子:
    9.2
  • 作者:
    吴凯强;林晓婷;邵涟漪;水淼;龙能兵;任元龙;舒杰
  • 通讯作者:
    舒杰
In-situ X-ray diffraction study on the structural evolutions of LiNisub0.5/subCosub0.3/subMnsub0.2/subOsub2/sub in different working potential windows
不同工作电位窗口下LiNi0.5Co0.3Mn0.2O2结构演化的原位X射线衍射研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    Journal of Power Sources
  • 影响因子:
    9.2
  • 作者:
    舒杰;马锐;邵涟漪;水淼;吴凯强;劳梦梦;王冬杰;龙能兵;任元龙
  • 通讯作者:
    任元龙
Electrochemical behaviors of hexagonal LiMnBO3 as lithium storage host material for lithium-ion batteries
六方晶系LiMnBO3作为锂离子电池储锂主体材料的电化学行为
  • DOI:
    10.1016/j.ceramint.2013.05.046
  • 发表时间:
    2013-12
  • 期刊:
    Ceramics International
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    邵涟漪;吴凯强;劳梦梦;水淼;陈程;王冬杰;龙能兵;任元龙;舒杰
  • 通讯作者:
    舒杰
Copper nitrate hydrate as novel high capacity anode material for lithium-ion batteries
水合硝酸铜作为新型高容量锂离子电池负极材料
  • DOI:
    10.1016/j.jpowsour.2013.09.079
  • 发表时间:
    2014-02
  • 期刊:
    Journal of Power Sources
  • 影响因子:
    9.2
  • 作者:
    吴凯强;王冬杰;邵涟漪;水淼;马锐;劳梦梦;龙能兵;任元龙;舒杰
  • 通讯作者:
    舒杰
Effects of oxidation on structure and performance of LiVPOsub4/subFas cathode material for lithium-ion batteries
氧化对LiVPO结构和性能的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    Journal of Power Sources
  • 影响因子:
    9.2
  • 作者:
    马锐;邵涟漪;吴凯强;水淼;王冬杰;龙能兵;任元龙;舒杰
  • 通讯作者:
    舒杰

其他文献

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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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