Nonvolatile Gel Electrolytes for Safer Lithium Ion Batteries
Nonvolatile Gel Electrolytes for Safer Lithium Ion Batteries
批准号:
1802729
负责人:
Matthew Panzer
金额:
$31.89万
依托单位:
依托单位国家:
美国
项目类别:
Standard Grant
财政年份:
2018
资助国家:
美国
项目状态:
已结题
起止时间:
2018-08-01 至 2022-07-31
中文摘要
为了实现混合动力/电动汽车以及未来便携式或可穿戴电子设备的更安全电池,开发稳定、不易燃、高效的锂离子电解质用于高能量密度锂离子电池是一个重要的研究重点。该项目将研究一类由熔盐(离子液体)、锂离子和两性离子聚合物组成的新型凝胶电解质材料的适用性。这些材料的预期优势包括:超低挥发性,防泄漏设计,以及在室温下锂离子传输的良好选择性。这项工作的成果将对储能研究领域产生直接影响,并有望在不久的将来促进安全有效、高能量密度、不易燃的凝胶电解质锂离子电池的开发,用于实际应用。在这些凝胶体系中锂离子传输的基础知识将从这个项目中得到。此外,该项目将为本科和高中STEM中代表性不足的少数民族学生提供支持,让他们参与与储能主题相关的研究体验。更广泛的影响和推广活动将包括在PI的实验室提供每年夏季研究职位,并举办当地高中化学课参观和电解质活动日。本项目也由CBET分子分离项目资助,NSF 18-1417。该项目旨在建立基本的理解,并创建一个连贯的框架来描述决定未来锂离子电池的一种新型更安全电解质的不同物理和电化学特性的因素:两性离子(co)聚合物支撑,非挥发性锂阳离子导电离子液体凝胶电解质。这些目标将通过对各种两性离子-电解质离子分子间相互作用的全面光谱研究来实现。通过原位自由基聚合制备凝胶电解质,使用两种有前途的非挥发性电解质:锂基溶剂离子液体,以及传统的锂盐/离子液体溶液。两性离子-离子相互作用将使用核磁共振、红外光谱和拉曼光谱进行探测,而所有凝胶电解质的离子电导率和锂离子转移数值将分别使用交流阻抗光谱和直流极化测量进行实验测定。压缩应力-应变测试将用于确定这些凝胶电解质的弹性模量值。将采用线性扫描伏安法、循环伏安法和恒流充放电循环来考察凝胶的电化学稳定性和锂离子电池的可行性和性能。该项目的一个重要成果是将液态溶液电化学特性的知识与用作电解质材料的凝胶版本联系起来。该奖项反映了美国国家科学基金会的法定使命,并通过使用基金会的知识价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。
英文摘要
In order to realize safer batteries for hybrid/electric vehicles and also for future portable or wearable electronic devices, the development of stable, nonflammable, and efficient lithium ion-electrolytes for high energy density lithium-ion batteries is a high research priority. This project will examine the suitability of a new class of gel electrolyte materials that are composed of molten salts (ionic liquids), lithium ions, and zwitterionic polymers. Expected advantages of these materials include: ultralow volatility, a leak-proof design, and good selectivity for lithium ion transport at room temperature. The outcomes of this work will make an immediate impact in the field of energy storage research and are expected to facilitate the development of safe and effective, nonflammable gel electrolyte-containing lithium ion batteries with high energy densities for real-world applications in the near future. Fundamental knowledge on lithium ion transport in these gel systems will result from this project. In addition, this project will provide support for underrepresented minority students in STEM both at the undergraduate and high school levels to participate in a research experience related to energy storage themes. Broader impact and outreach activities will include providing an annual summer research position in the PI's laboratory and hosting a local high school chemistry class visit and electrolyte activity day. This project is also funded by the CBET Molecular Separations Program, NSF 18-1417.This project seeks to develop fundamental understanding and create a coherent framework to describe the factors that determine the varying physical and electrochemical characteristics of a novel class of safer electrolytes for future lithium ion batteries: zwitterionic (co)polymer-supported, nonvolatile lithium cation-conducting ionic liquid gel electrolytes. These objectives will be achieved through a comprehensive spectroscopic investigation of various zwitterion-electrolyte ion intermolecular interactions. Gel electrolytes created via in situ free radical polymerization using two promising classes of nonvolatile electrolytes will be examined: lithium-based solvate ionic liquids, as well as conventional lithium salt/ionic liquid solutions. Zwitterion-ion interactions will be probed using NMR, FTIR, and Raman spectroscopies, while ionic conductivity and lithium ion transference number values will be experimentally determined for all gel electrolytes using AC impedance spectroscopy and DC polarization measurements, respectively. Compressive stress-strain testing will be used to determine elastic modulus values of these gel electrolytes. Linear sweep voltammetry, cyclic voltammetry, and galvanostatic charge/discharge cycling will be conducted in order to interrogate gel electrochemical stability and lithium ion battery cell feasibility and performance. One important outcome of this project is linking knowledge of the liquid solution electrochemical properties to the gel version for use as an electrolyte material.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
期刊论文(10)
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DOI:
10.1021/acs.chemmater.0c02820
发表时间:
2020-08
期刊:
Chemistry of Materials
影响因子:
8.6
作者:
[Huang Qin;M. Panzer]
通讯作者:
Huang Qin;M. Panzer
DOI:
10.1021/acs.chemmater.9b00172
发表时间:
2019-04-23
期刊:
CHEMISTRY OF MATERIALS
影响因子:
8.6
作者:
[D'Angelo, Anthony J., Panzer, Matthew J.]
通讯作者:
Panzer, Matthew J.
DOI:
10.1021/acsapm.1c00229
发表时间:
2021-04
期刊:
影响因子:
--
作者:
[Morgan E. Taylor;D. Clarkson;S. Greenbaum;M. Panzer]
通讯作者:
Morgan E. Taylor;D. Clarkson;S. Greenbaum;M. Panzer
DOI:
10.1002/celc.201900378
发表时间:
2019-05
期刊:
ChemElectroChem
影响因子:
4
作者:
[Luis Rebollar;M. Panzer]
通讯作者:
Luis Rebollar;M. Panzer
Holding it together: noncovalent cross-linking strategies for ionogels and eutectogels
将其结合在一起:离子凝胶和共构凝胶的非共价交联策略
DOI:
10.1039/d2ma00539e
发表时间:
2022
期刊:
Materials Advances
影响因子:
5
作者:
[Panzer, Matthew J.]
通讯作者:
Panzer, Matthew J.
共 8 条
Zwitterion-Decorated Silica Nanoparticle Networks in Ionic Liquid Electrolytes
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批准号:2209500
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项目类别:Standard Grant
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资助金额:$36.94万
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财政年份:2022
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负责人:Matthew Panzer
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依托单位:
Zwitterionic polymer-based electrolyte engineering for alkali metal ion batteries
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批准号:2217188
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项目类别:Standard Grant
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资助金额:$34.91万
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财政年份:2022
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负责人:Matthew Panzer
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依托单位:
Solid Ionogel Electrolytes for Flexible Charge Storage Applications
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批准号:1201935
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项目类别:Continuing Grant
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资助金额:$29.91万
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财政年份:2012
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负责人:Matthew Panzer
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依托单位:
国内基金
海外基金
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基于spA-Gel负载Anti-HMGB1原位靶向免疫耐受的猪胰岛类器官移植研
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批准号:
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项目类别:省市级项目
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资助金额:--
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批准年份:2025
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负责人:程瑶
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依托单位:
Arg-CA@Gel阻断破骨细胞DNA氧化应激修
饰抑制成骨细胞双硫死亡治疗骨质疏松
性骨折的机制研究
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批准号:
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项目类别:省市级项目
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资助金额:10.0万元
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批准年份:2025
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负责人:唐硕
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依托单位:
免疫增强水凝胶Ce6/PTX2-NP/Cur@Gel载药体系在非小细胞
肺癌放疗增敏中的应用研究
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批准号:
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项目类别:省市级项目
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资助金额:--
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批准年份:2024
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负责人:
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依托单位:
可负载SVF-GEL 特异性生物功能膜的研制及其在难愈性创面中的应用
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批准号:2021JJ40487
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项目类别:省市级项目
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资助金额:--
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批准年份:2021
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负责人:左俊
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依托单位:
Gel-HAC通过增强浆膜稳定性提高结直肠癌pT4诊断准确率的作用及机制研究
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批准号:82103684
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项目类别:青年科学基金项目(C类)
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资助金额:30.0万元
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批准年份:2021
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负责人:孔祥兴
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依托单位:
基于“sol-gel”转变策略连续制备高强导热纳米芳纶复合绝缘膜
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批准号:--
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项目类别:面上项目
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资助金额:58万元
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批准年份:2021
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负责人:滕翠青
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依托单位:
Rho/Rock通道的阻断保护低温应激下的ASC的功能以促进长期冻存SVF-gel体内成脂的机制研究
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批准号:82002058
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:24.0万元
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批准年份:2020
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负责人:冯晶玮
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依托单位:
可见光交联原位成型Gel-PCL复合支架递释的PPARγ促进睑板腺再生修复及机制研究
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批准号:82000857
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:24.0万元
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批准年份:2020
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负责人:高琪
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依托单位:
Sol-Gel磷酸盐介孔玻璃和光纤原位生长硫化物量子点:新型宽调谐发光纳米复合材料
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批准号:52002384
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:24.0万元
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批准年份:2020
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负责人:何进
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依托单位:
Sol-gel 与高频作用木材表面负载硅钛复合膜的调控机理及其光催化、疏水性研究
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批准号:31560191
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项目类别:地区科学基金项目
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资助金额:39.0万元
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批准年份:2015
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负责人:符韵林
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依托单位: