金属有机框架(MOFs)作为电化学能量储存与转换材料的研究

基本信息
批准号:21471034
项目类别:面上项目
资助金额:85.00
负责人:张丽娟
学科分类:
依托单位:复旦大学
批准年份:2014
结题年份:2018
起止时间:2015-01-01 - 2018-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:李伟,赵艳皎,安天策,王洋,匡鹏,苏启立
关键词:
可控制备性能研究锂离子电池锂空电池金属有机骨架材料
结项摘要

Metal-organic frameworks (MOFs) are a new type of porous solid materials, which are featured as simple and reproducible synthesis, controllable structure, adjustable function, and high stability. In this project, we innovatively introduce MOFs to the secondary battery system (lithium-ion batteries and lithium air batteries). In lithium-ion batteries: 1) The MOFs with variable valence metal ions can be used as the electrode materials, in which the lithium insertion/extraction process can be triggered by the redox reaction and the available porous channels promote the transport of ions; 2) MOFs can be used as a template for the synthesis of metal oxide nanomaterials with uniform structure, which are highly desired for lithium-ion batteries; 3) MOFs coated on nanostructures to form NP/NR@MOF composites can not only reduce the migration and aggregation of nanoparticles, but also maintain the chemical stability and activity of nanoparticles, as well as buffer the volume change during the charge/discharge process. In lithium-air batteries: based on our previous results, we will continuously develop more active MOFs, especially zeolitic imidazolate frameworkds (ZIFs) as electro-catalyst for lithium-air batteries, in order to improve the capacity and stability.

本项目创新性地将金属有机骨架材料(MOFs)引入二次电池体系。在锂离子电池体系中:1)选择含有变价金属的MOFs材料作为电极,可以通过变价金属位点发生氧化还原反应以完成充放电过程,且其孔道可供锂离子嵌入、嵌出;2)MOFs作为模板来合成金属氧化物纳米材料及其复合结构,简单易行且可以使结构更加规整、均一;3)MOFs包覆在纳米结构上所得到的NP/NR@MOF(NP: nanoparticle; NR: nanorod)结构性质稳定,减少了纳米粒子的迁移和聚集,保持了纳米颗粒的稳定性和化学活性,且可以缓解金属氧化物充放电过程体积变化,改善电池性能。在锂空电池体系中,结合我们已发表的将MOFs作为锂空电池的电催化剂以提升容量的研究成果,我们将继续将更多种类的MOFs,特别是多孔稳定的"沸石咪唑酯骨架结构材料"(ZIFs)作为电催化剂引入到锂空电池体系,以期使锂空电池的容量和稳定性得到大范围提高。

项目摘要

申请人创新性地将金属有机骨架材料(MOFs)引入二次电池体系,我们以MOFs材料为基础,拓展了其它复合材料在能量存储与转换中的应用,得到了较好的研究成果。例如:1)以柔性配体构筑的二维波浪状MOF( Ni-Me4bpz)用于锂离子电池的研究, Ni-Me4bpz作为电池的阳极具有非常好的稳定性,电化学反应后结构仍然保持。2)我们合成了一种弹性可穿戴的环状超级电容器,该电容器电化学性能在不同弹性变形过程中能够稳定维持,由于独特的环状结构以及良好的弹性形变能力,该电容器可以直接穿戴在不同尺寸和形状的身体表面,能够很好的满足可穿戴需求;等等。四年来,发表SCI 论文19篇,其中包括Journal of Materials Chemistry A,ACS Applied Materials & Interfaces,Adv. Energy Mater. 等等。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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