金属离子与碳基材料相互作用机制及相应电极材料设计

基本信息
批准号:21773126
项目类别:面上项目
资助金额:65.00
负责人:周震
学科分类:
依托单位:南开大学
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:焦梦改,魏进平,赵旭东,张旭,张子赫,谷海辰,李凤,王新改,杨乐萍
关键词:
储能材料钠离子电池铝离子电池低维材料碳材料
结项摘要

At present, the relative low abundance of Li has become an important factor restricting the large-scale application of lithium ion batteries. It is imperative to develop novel metal ion batteries based on the more abundant elements on earth to replace lithium ion batteries. However, the present unsatisfactory performances of Na, K ion batteries, etc., cannot guarantee practical applications, and the development of electrode materials with low cost and excellent performance is the main challenge for metal ion batteries. It is urgently necessary to deeply explore some fundamental scientific problems in this field, such as the interaction between metal ions and material substrates. In this proposal, we would clarify the effect of microstructures of materials upon the storage capability of various metal ions by theoretical computations, and study the kinetic processes of the intercalation and diffusion of metal ions by molecular dynamics simulations, so as to understand the microscopic storage mechanism, disclose thoroughly the abnormal intercalation of Na and Mg in graphite, and summarize the deep rules of the interaction between metal ions and material substrates. With the guidance of theoretical computations, we could further design and prepare electrode materials for metal ion batteries via chemical routes, and detect the structural evolution of electrode materials during electrochemical reactions through in situ measurements. With repeated verification between computations and experiments, we would propose design principles for corresponding electrode materials of metal ion batteries and direct the development of carbon-based electrode materials.

目前,锂资源短缺已成为制约锂离子电池大规模应用的重要因素,利用地球储量更丰富的元素发展廉价高效的可替代锂离子电池的新型金属离子储能体系势在必行。目前钠和钾等金属离子电池的性能距离实际应用还有很大的差距,开发价格低廉、性能优异的电极材料是金属离子电池所面临的主要挑战,急需深入研究金属离子与材料基体的相互作用机制等基础科学问题。本申请通过理论计算揭示材料微观结构对不同金属离子的存储能力的影响,通过分子动力学模拟研究金属离子的嵌入和扩散的动力学过程,理解相应的微观存储机理,全面揭示钠和镁在石墨中的异常嵌入行为,总结金属离子与材料基体相互作用机制的深层次规律。在理论计算结果的指导下,通过可行的化学方法设计制备金属离子电池电极材料,采用原位测试手段研究电极材料在电化学反应过程中的结构演化,通过计算模拟与实验紧密结合反复验证,提出相应金属离子电池电极材料设计原理,为高性能碳基电极材料的研发指明方向。

项目摘要

本项目主要通过实验与理论计算相结合的方式研究金属离子与碳基复合材料的作用机制,研发具有优良电化学性能的电极材料和新型储能体系。基于对碳基复合材料储钠机制的深刻认识,通过微纳米结构调控制备了具有优良电化学性能的钠离子电池负极材料和石墨烯改性的高电压正极材料,组装了具有优异电化学性能的钠离子全电池和钠离子电容器。提出一种简单有效的基于Materials Project材料数据库搜索层状二维材料的方法,能够快速筛选适用于不同类型金属离子储能体系的电极材料。已发表研究论文10篇和综述3篇,论文发表后被SCI引用580余次,1篇论文进入ESI近10年高被引论文。

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

涡度相关技术及其在陆地生态系统通量研究中的应用

涡度相关技术及其在陆地生态系统通量研究中的应用

DOI:10.17521/cjpe.2019.0351
发表时间:2020
3

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

DOI:10.16085/j.issn.1000-6613.2022-0221
发表时间:2022
4

基于 Kronecker 压缩感知的宽带 MIMO 雷达高分辨三维成像

基于 Kronecker 压缩感知的宽带 MIMO 雷达高分辨三维成像

DOI:10.11999/JEIT150995
发表时间:2016
5

低轨卫星通信信道分配策略

低轨卫星通信信道分配策略

DOI:10.12068/j.issn.1005-3026.2019.06.009
发表时间:2019

周震的其他基金

批准号:50502021
批准年份:2005
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81774056
批准年份:2017
资助金额:57.00
项目类别:面上项目
批准号:81273942
批准年份:2012
资助金额:72.00
项目类别:面上项目
批准号:21273118
批准年份:2012
资助金额:78.00
项目类别:面上项目
批准号:61106088
批准年份:2011
资助金额:29.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21473094
批准年份:2014
资助金额:86.00
项目类别:面上项目
批准号:20873067
批准年份:2008
资助金额:31.00
项目类别:面上项目
批准号:91845112
批准年份:2018
资助金额:76.00
项目类别:重大研究计划
批准号:21073096
批准年份:2010
资助金额:36.00
项目类别:面上项目

相似国自然基金

1

碳基非金属催化材料的设计制备与性能研究

批准号:21003059
批准年份:2010
负责人:刘钢
学科分类:B0202
资助金额:19.00
项目类别:青年科学基金项目
2

碳基柔性锂离子电池的电极设计与界面调控

批准号:51902316
批准年份:2019
负责人:石颖
学科分类:E0208
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
3

锂空气电池金属氧化物基空气电极的材料设计及性能研究

批准号:51272267
批准年份:2012
负责人:吴相伟
学科分类:E0206
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
4

高容量金属氧化物/介孔碳复合锂电电极材料的设计及性能

批准号:51272137
批准年份:2012
负责人:尹龙卫
学科分类:E0205
资助金额:85.00
项目类别:面上项目