石墨烯基高密度多孔碳材料构建及高体积能量密度储能研究

基本信息
批准号:51372167
项目类别:面上项目
资助金额:80.00
负责人:杨全红
学科分类:
依托单位:天津大学
批准年份:2013
结题年份:2017
起止时间:2014-01-01 - 2017-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:陶莹,邵姣婧,郑晓雨,张辰,吕小慧,李政杰,袁博
关键词:
石墨烯多孔碳材料高密度超级电容器超高体积能量密度
结项摘要

Low packing density, together with the resulted limited volumetric capacitance, is one of the major bottlenecks for novel nanocarbons to find their real applications in commercial electrochemical energy storage (EES) devices.The purpose of the proposed project is to develop a preparation strategy for a densely structured but highly porous carbon that is constructed by compactly interlinked graphene nanosheets and shows ultrahigh volumetric capacitance for electrochemical capacitors (ECs). This project focuses on following several aspects.1) The formation process of graphene oxide hydrogel is well understood through correlating the hydrogel structure and hydrothermal condition; 2) By realizing a control on how the water trapped in the hydrogel is removed, a very dense but porous infrastrcuture (high density porous graphene-based macroform, abbreviated as HPGM) is formed, where two characteristics of high contrast: rich porosity and high density are well balanced; 3) By optimazing the preparation parameters of the HPGM and hybrdization the HPGM with foreign components, a high performance electrode material holding high volumetric capacitance is obtained. 4) More promisingly, such a carbon is conductive and moldable, which allow such a carbon employed as an well-shaped electrode sheet directly for the assembly of a supercapacitor device free from any additives, which results in a device-level high energy density ECs. In general, this project is of great importance not only from the points of fundamental study but also in promoting nanomaterials into real applications electrochemcial energy storage.

碳纳米材料用于电化学储能系统的瓶颈之一是其密度低,导致其体积比容量有限,很难满足人们对器件的小型化、便携式的要求。本项目的研究目标是发展基于石墨烯的高密度多孔碳材料自组装制备方法,获得体积比容量性能优异的三维宏观体材料,进而构建高体积能量密度的储能器件。通过考察反应条件对组装过程的影响,揭示三维空间下石墨烯凝胶的形成机制;探讨石墨烯凝胶中结合水的脱除过程对片层织构的影响,实现石墨烯片层在三维空间的紧密搭接,平衡多孔性和高密度两大矛盾因素,获得致密多孔、高体积能量密度的三维宏观体材料;同时通过不同活性组分的复合,获得高体积能量密度的多孔复合材料;探索成型电极材料的制备,实现超级电容器的直接组装,从而将材料水平上优异的体积容量性能最大程度反映在器件上。本项目的实施不仅为新型电化学储能材料和器件的组装、构建提供新的思路,具有重要的理论研究价值,同时推动基于纳米材料的电化学储能器件的实用化进程。

项目摘要

随着碳纳米储能材料的迅速发展,其质量比容量不断提高,但通常其密度较低,导致体积比容量有限,难以满足人们对器件便携性和小型化的要求。本项目的研究目标是发展完善石墨烯基高密度多孔碳材料的制备方法,获得高体积比容量电极材料,进而构建高体积能量密度的储能器件。本项目发明了采用毛细蒸发技术致密化石墨烯网络,基于石墨烯结构单元实现了高密度多孔碳的制备;在此基础上,平衡孔隙和密度两个矛盾因素,获得了高体积容量的三维石墨烯宏观体材料;通过与高化学容量的非碳组分复合,并对复合材料电子和离子的传输机制进行了研究,为高体积容量的碳-非碳复合电极材料提供了构建方案;从材料、电极、器件三个方面提出了高体积能量密度储能器件的设计原则,实现了材料层面上的优异性能在器件水平上的发挥。本项目的实施不仅为实现材料和器件的致密储能提供了新的设计原则,具有重要的理论研究价值,同时推进了基于碳纳米材料新型电化学储能器件的实用化进程。

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

珠江口生物中多氯萘、六氯丁二烯和五氯苯酚的含量水平和分布特征

珠江口生物中多氯萘、六氯丁二烯和五氯苯酚的含量水平和分布特征

DOI:10.7524 /j.issn.0254-6108.2017122903
发表时间:2018
2

神经退行性疾病发病机制的研究进展

神经退行性疾病发病机制的研究进展

DOI:
发表时间:2018
3

基于MCPF算法的列车组合定位应用研究

基于MCPF算法的列车组合定位应用研究

DOI:
发表时间:2016
4

LTNE条件下界面对流传热系数对部分填充多孔介质通道传热特性的影响

LTNE条件下界面对流传热系数对部分填充多孔介质通道传热特性的影响

DOI:10.11949/0438-1157.20201662
发表时间:2021
5

重大生物事件与化石能源形成演化--兼论地球系统框架下能源学发展

重大生物事件与化石能源形成演化--兼论地球系统框架下能源学发展

DOI:10.11698/PED.2021.03.06
发表时间:2021

杨全红的其他基金

批准号:51072131
批准年份:2010
资助金额:38.00
项目类别:面上项目
批准号:50842060
批准年份:2008
资助金额:9.00
项目类别:专项基金项目
批准号:50972101
批准年份:2009
资助金额:38.00
项目类别:面上项目
批准号:51872195
批准年份:2018
资助金额:60.00
项目类别:面上项目

相似国自然基金

1

三维高密度石墨烯基复合材料的设计、可控合成与高比能量储能特性研究

批准号:21571040
批准年份:2015
负责人:闫俊
学科分类:B0502
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
2

高比表面、高密度石墨烯基材料的制备、形成机理及储能研究

批准号:51402269
批准年份:2014
负责人:张龙
学科分类:E0203
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
3

煤沥青基碳/石墨烯复合多孔材料的制备及其储能性质研究

批准号:U1510121
批准年份:2015
负责人:韩高义
学科分类:E0203
资助金额:59.00
项目类别:联合基金项目
4

高导热多孔陶瓷基相变材料的界面微观相变过程非稳态传热及高密度储能机理研究

批准号:U1760112
批准年份:2017
负责人:张玲玲
学科分类:E04
资助金额:50.00
项目类别:联合基金项目