锂空气电池用碳酸锂分解液相催化剂设计、制备与性能研究

基本信息
批准号:51602321
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:20.00
负责人:刘子萱
学科分类:
依托单位:中国科学院宁波材料技术与工程研究所
批准年份:2016
结题年份:2019
起止时间:2017-01-01 - 2019-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:陈珍莲,方燕群,杨文超,林欢
关键词:
碳酸锂分解液相催化剂锂空气电池空气电极金属有机大环分子
结项摘要

Lithium-air battery is the developing orientation of energy storage technology due to its highest theoretical energy density. To enhance the physical contact between catalyst and solid-state discharge products, the utilization of solution-phase catalysts has become a popular trend in the research of secondary Li-air battery. Some soluble redox mediators have been found effective for the catalysis of Li2O2 and/or LiOH decomposition, whereas there is still a lack of solution-phase catalysts for Li2CO3 decompositon, which has the highest decomposition potential among usual discharge products. In preliminary works, the applicant has discovered that a planar binuclear cobalt phthalocyanine is capable of significantly reducing the overpotential of Li2CO3 decomposition. Based on these initial results, the applicant proposes to investigate other metallocyclic molecules to design and prepare new solution-phase catalysts for Li2CO3 decomposition. Firstly, it is proposed to simulate the catalytic behavior of mono-/bi-nuclear cobalt phthalocyanines through theoretical calculations, to build models of catalytic decomposition of Li2CO3, and then to predict the catalytic capability of other metallocyclic molecules. Secondly, it is proposed to design and prepare bi-/poly-nuclear metallophthalocyanines, metalloporphyrins and metallobipyridines according to the calculation results and feedback, to investigate the rules of influences of ligands, bridging groups, metallic ions and substituent groups on the redox potential, activation energy, and other factors, with the emphasis on the bridging group’s coupling effect on the electron transfer of metallic ions and macrocycles. Lastly, it is proposed to test the obtained optimal catalyst in full Li-air cells. Through this project, we expect to promote the development of secondary Li-air batteries.

锂空气电池是理论能量密度最高的储能体系,是其发展的方向。为改善催化剂与固相放电产物接触,液相催化剂成为二次锂空气电池的研究热点。一些可溶性氧化还原介体能够有效催化过氧化锂和氢氧化锂分解,但针对分解电位最高的碳酸锂,对应液相催化剂仍十分匮乏。在前期工作中,申请人率先发现一种双核酞菁钴能够有效降低碳酸锂分解过电位。在此基础上,本项目拟以金属有机大环分子为研究对象,设计、制备新型碳酸锂分解液相催化剂。首先,借助理论计算模拟单/双核酞菁钴催化行为,建立碳酸锂催化分解模型,预测新型金属有机分子的催化能力;其次,结合计算结果和反馈,设计、制备双核/多核金属酞菁、金属卟啉和金属联吡啶等金属有机分子,研究配体、桥联基团、金属离子和取代基对催化剂电位、反应活化能等的影响规律,重点研究桥联基团对金属离子和大环电子传递的耦合作用;最后,将获得的最优催化剂在全电池中进行评测,推进二次锂空气电池技术的发展。

项目摘要

锂-空气电池是理论能量密度最高的储能电池,是其发展的方向。为改善催化剂与固相放电产物接触,液相催化剂成为二次锂-空气电池的研究热点。一些可溶性氧化还原介体(RM)能够有效催化过氧化锂和氢氧化锂分解,但针对分解电位最高的碳酸锂,对应液相催化剂仍十分匮乏。本项目研究了双核酞菁钴(bi-CoPc),单核酞菁钴(mono-CoPc),LiBr和2,2,6,6-四甲基哌啶1-氧基自由基(TEMPO)等RM对碳酸锂氧化分解的催化性能,发现其化学催化氧化分解需要在2电子氧化还原介体(RM)的作用下才可进行,表明其分解过程存在2电子基元反应。而低的RM第二电对电位有利于缓解电解液等电池组分在充电过程中的氧化分解,并提高锂-空气电池循环性能。具有较低第二电对电位的bi-CoPc表现出优异的碳酸锂分解催化性能,同时可分解其他各种固相放电产物,是一种“万能”型液相催化剂。之后,本项目又研究了具有较低第二电对电位的卟啉钴类化合物对碳酸锂的分解性能,发现5,10,15,20-四苯基-21H,23H-卟吩钴(II)(CoTPP)、[5,10,15,20-四(4-甲氧苯基)卟啉]合钴(II) (CoTMPP)、2,3,7,8,12,13,17,18-八乙基-21H,23H-卟吩钴(II) (CoOEP)中,具有较强吸附能力的CoTMPP表现出较好的碳酸锂分解性能。本项目对碳酸锂分解液相催化剂的研究为国际上首次报道,具有强的原始创新性,对于提高金属-空气电池能量效率和循环寿命具有重要意义,此外也可启发其他需要电化学分解碳酸盐的研究课题。

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

气相色谱-质谱法分析柚木光辐射前后的抽提物成分

气相色谱-质谱法分析柚木光辐射前后的抽提物成分

DOI:10.14067/j.cnki.1673-923x.2018.02.019
发表时间:2018
3

温和条件下柱前标记-高效液相色谱-质谱法测定枸杞多糖中单糖组成

温和条件下柱前标记-高效液相色谱-质谱法测定枸杞多糖中单糖组成

DOI:10.3724/ SP.J.1123.2019.04013
发表时间:2019
4

结核性胸膜炎分子及生化免疫学诊断研究进展

结核性胸膜炎分子及生化免疫学诊断研究进展

DOI:10.3760/cma.j.issn.1674-2397.2020.05.013
发表时间:2020
5

原发性干燥综合征的靶向治疗药物研究进展

原发性干燥综合征的靶向治疗药物研究进展

DOI:10.13376/j.cbls/2021137
发表时间:2021

刘子萱的其他基金

相似国自然基金

1

锂-空气电池用三维双连续纳米多孔空气电极的设计、制备及性能研究

批准号:21603009
批准年份:2016
负责人:郭现伟
学科分类:B0205
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
2

锂空气电池空气极的结构设计、制备及性能研究

批准号:61471317
批准年份:2014
负责人:王淼
学科分类:F0122
资助金额:83.00
项目类别:面上项目
3

高性能锂-空气二次电池用双功能金属催化剂研究

批准号:51301160
批准年份:2013
负责人:徐丹
学科分类:E0110
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
4

锂-空气二次电池用自支撑三维有序双孔道结构空气电极的设计、制备及性能调控研究

批准号:21203176
批准年份:2012
负责人:徐吉静
学科分类:B0905
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目