基于单根器件原位检测的多孔碳纤维储钠性能和机理研究

基本信息
批准号:51772082
项目类别:面上项目
资助金额:60.00
负责人:张明
学科分类:
依托单位:湖南大学
批准年份:2017
结题年份:2021
起止时间:2018-01-01 - 2021-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:陈智,陈昌淼,罗雅孜,丁双双,尹丹桂,项洋,李丽,李鹏超,吕燚
关键词:
碳纤维微纳器件钠离子电池
结项摘要

Sodium-ion batteries would replace lithium-ion batteries to be the next generation high performance mobile power owing to the abundant resources. However, sodium-ions are hard to be inserted into graphite, resulting in the inferior specific capacity and rate property of common carbon materials towards sodium-ion storage. Besides, there are greatly divergences in the sodium-ion storage mechanism of carbon materials. Therefore, it is of great importance to investigate carbon materials with high specific capacity, excellent rate property as well as good stability, and discover their sodium-ion storage mechanism to promote the development of sodium-ion batteries. It has been implied by applicants’ preliminary results that the capacities of hollow porous carbon fibers synthesized by electrospinning were higher than the theoretical value. Whereas the reason for the extra capacity cannot be explained by present mechanisms. This project will discover the sodium-ion storage mechanism based on the relationship between Na-modification degree and conductivity of porous carbon fibers. We will establish methods to control the microstructure and conductivity of carbon fibers synthesized by electrospinning. Besides, microelectronic technology will be employed to fabricate micro-nano devices, achieving the resistance detection during charge/discharge tests, and the relationship between Na-modification degree and conductivity of porous carbon fibers will be figured out. We also will explain the effect of structure characterization and conductivity of porous fibers on their sodium-ion storage properties. Then, the sodium-ion storage mechanism of those porous carbon fibers with high properties will be discovered based on the data from tests and computational material simulation. Finally, the theory about the microstructure design and regulation of porous carbon fibers with high properties will be built, which may be the basis for the practical application of sodium-ion batteries based on carbon fibers.

原料丰富的钠离子电池有望取代锂离子电池成为下一代高性能移动电源。但半径较大的钠离子不易嵌入石墨层间,导致常见碳材料储钠的比容量和倍率性能较低,且其储钠机理有较大争议,故研究开发比容量高、倍率性能优、稳定性好的储钠碳材料并揭示储钠机理有助于推动钠离子电池发展。申请者初步的研究结果表明静电纺丝法所得中空多孔碳纤维的储钠容量超其理论值,现有的多种储钠机理无法清楚解释其内在缘由。据此,本项目拟根据多孔碳纤维电导率与储钠状态的关系构建储钠机理,具体包括:建立单针头静电纺丝法制备碳纤维微观结构和电导率的调控方法;利用微电子工艺制备碳纤维微纳器件,实现储钠测试时电阻监测,揭示多孔碳纤维嵌钠程度与电导率的关系;阐明多孔碳纤维结构特征和电导率对其储钠性能的作用机制;同时利用计算材料学方法,最终揭示性能优异多孔碳纤维的储钠机理,形成高储钠性能多孔碳纤维微观结构设计及调控理论,为碳基钠离子电池实用化奠定基础。

项目摘要

原料丰富的钠离子电池有望取代锂离子电池成为下一代高性能移动电源。但半径较大的钠离子不易嵌入石墨层间,导致常见碳材料储钠的比容量和倍率性能较低,且其储钠机理有较大争议。为提高钠离子电池电极的综合性能,本项目主要研究了影响碳纤维基复合材料储钠比容量、稳定性和倍率性能的因素及作用机理,重点解决碳纤维基复合材料储钠性能与微观结构关系的科学问题并建立材料合成方法,取得如下结果:揭示了超细TiO2在提高碳纤维储能比容量的机理;发明了氮硫共掺杂碳层包覆Ni3S2纳米管储钠负极的合成方法;阐明了硫掺杂对二氧化钛包覆的碳球储钠性能的影响机理;构建了三明治状MoS2@SnO2@C复合材料,阐明了其储钠稳定性的影响机制;揭示了氧化石墨烯控制FeS2的分布及复合纤维储能稳定性的机理;发明了水热合成(NH4)2Mo3S13晶体的方法,研究了其储钠/钾机理。本项目研究成果为碳纤维及其复合材料的合成提供了新思路,为二次电池电极的设计、制备提供了新方法,为碳纤维复合材料在能源、环保等领域的应用提供了基础。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

DOI:10.7498/aps.67.20171903
发表时间:2018
2

基于图卷积网络的归纳式微博谣言检测新方法

基于图卷积网络的归纳式微博谣言检测新方法

DOI:10.3785/j.issn.1008-973x.2022.05.013
发表时间:2022
3

二维MXene材料———Ti_3C_2T_x在钠离子电池中的研究进展

二维MXene材料———Ti_3C_2T_x在钠离子电池中的研究进展

DOI:10.19964/j.issn.1006-4990.2020-0450
发表时间:2021
4

极地微藻对极端环境的适应机制研究进展

极地微藻对极端环境的适应机制研究进展

DOI:10.7685/jnau.201807013
发表时间:2019
5

双粗糙表面磨削过程微凸体曲率半径的影响分析

双粗糙表面磨削过程微凸体曲率半径的影响分析

DOI:10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.01.017
发表时间:2017

张明的其他基金

批准号:11705190
批准年份:2017
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31860643
批准年份:2018
资助金额:39.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:21307122
批准年份:2013
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51477124
批准年份:2014
资助金额:79.00
项目类别:面上项目
批准号:11732015
批准年份:2017
资助金额:350.00
项目类别:重点项目
批准号:81571640
批准年份:2015
资助金额:58.00
项目类别:面上项目
批准号:69872033
批准年份:1998
资助金额:12.00
项目类别:面上项目
批准号:51409001
批准年份:2014
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51305198
批准年份:2013
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61007031
批准年份:2010
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30860192
批准年份:2008
资助金额:25.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:51777086
批准年份:2017
资助金额:61.00
项目类别:面上项目
批准号:31601443
批准年份:2016
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:71774158
批准年份:2017
资助金额:48.00
项目类别:面上项目
批准号:81860537
批准年份:2018
资助金额:34.80
项目类别:地区科学基金项目
批准号:31371025
批准年份:2013
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:41202200
批准年份:2012
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:60979018
批准年份:2009
资助金额:16.00
项目类别:联合基金项目
批准号:11172147
批准年份:2011
资助金额:68.00
项目类别:面上项目
批准号:81371530
批准年份:2013
资助金额:70.00
项目类别:面上项目
批准号:81470895
批准年份:2014
资助金额:73.00
项目类别:面上项目
批准号:50873085
批准年份:2008
资助金额:36.00
项目类别:面上项目
批准号:71271113
批准年份:2012
资助金额:54.00
项目类别:面上项目
批准号:51273172
批准年份:2012
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:61673389
批准年份:2016
资助金额:62.00
项目类别:面上项目
批准号:31160421
批准年份:2011
资助金额:55.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:11773062
批准年份:2017
资助金额:69.00
项目类别:面上项目
批准号:31700021
批准年份:2017
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51205384
批准年份:2012
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21875083
批准年份:2018
资助金额:65.00
项目类别:面上项目
批准号:20704015
批准年份:2007
资助金额:19.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51608452
批准年份:2016
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51404103
批准年份:2014
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:90307002
批准年份:2003
资助金额:25.00
项目类别:重大研究计划
批准号:61273202
批准年份:2012
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:81871331
批准年份:2018
资助金额:57.00
项目类别:面上项目
批准号:51704215
批准年份:2017
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81770748
批准年份:2017
资助金额:56.00
项目类别:面上项目
批准号:41772334
批准年份:2017
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:61072081
批准年份:2010
资助金额:36.00
项目类别:面上项目
批准号:81903674
批准年份:2019
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81402752
批准年份:2014
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:U1633119
批准年份:2016
资助金额:36.00
项目类别:联合基金项目
批准号:51504025
批准年份:2015
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:60974037
批准年份:2009
资助金额:31.00
项目类别:面上项目
批准号:11103055
批准年份:2011
资助金额:28.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31871092
批准年份:2018
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:81171318
批准年份:2011
资助金额:56.00
项目类别:面上项目
批准号:71403266
批准年份:2014
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11272273
批准年份:2012
资助金额:78.00
项目类别:面上项目
批准号:81701095
批准年份:2017
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:U1233101
批准年份:2012
资助金额:36.00
项目类别:联合基金项目
批准号:81200598
批准年份:2012
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:50907029
批准年份:2009
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51705265
批准年份:2017
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61801368
批准年份:2018
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51278385
批准年份:2012
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:21905282
批准年份:2019
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81360175
批准年份:2013
资助金额:49.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:50373034
批准年份:2003
资助金额:23.00
项目类别:面上项目
批准号:21902093
批准年份:2019
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30870686
批准年份:2008
资助金额:32.00
项目类别:面上项目
批准号:81271020
批准年份:2012
资助金额:70.00
项目类别:面上项目
批准号:39770903
批准年份:1997
资助金额:11.00
项目类别:面上项目
批准号:60674040
批准年份:2006
资助金额:25.00
项目类别:面上项目
批准号:21374037
批准年份:2013
资助金额:82.00
项目类别:面上项目
批准号:31460603
批准年份:2014
资助金额:50.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:31660273
批准年份:2016
资助金额:38.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:81600030
批准年份:2016
资助金额:18.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30770717
批准年份:2007
资助金额:26.00
项目类别:面上项目
批准号:41472264
批准年份:2014
资助金额:98.00
项目类别:面上项目
批准号:50973041
批准年份:2009
资助金额:36.00
项目类别:面上项目
批准号:51608373
批准年份:2016
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目

相似国自然基金

1

红磷镶嵌多孔碳纤维柔性自支撑电极的构筑及其储锂(钠)性能研究

批准号:51872277
批准年份:2018
负责人:余彦
学科分类:E0208
资助金额:62.00
项目类别:面上项目
2

单根硅纳米线器件及其在锂离子电池原位检测中的应用

批准号:21003041
批准年份:2010
负责人:李秋红
学科分类:B0905
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
3

微纳多孔碳支撑单原子层金属磷化物薄膜的制备及储钠合金化机理研究

批准号:51901043
批准年份:2019
负责人:周钢
学科分类:E0108
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
4

多孔碳球配合醚类电解液的储钠机理研究

批准号:51702056
批准年份:2017
负责人:黎晋良
学科分类:E0203
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目