宽电化学窗口水系电解质与相关高能钠离子电池研究
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中文摘要
低成本和高安全的水系钠离子电池有望用于大规模储能,提高其能量密度可进一步降低使用成本并拓展应用范围。但受水的电解和电极材料的限制,该类电池的输出电压大多低于1.4V,加上缺乏高比容量正负极材料,造成其能量密度低下。虽然大幅提高盐浓度能显著拓宽水系电解质电化学窗口,但使材料成本上升和电导率下降,此外还有棘手的腐蚀和盐析问题。本项目旨在避开现有的高盐浓度策略,通过溶剂化、氢键、静电吸引等多维度作用,降低水的电化学活性,开发3V宽电化学窗口水系电解质体系,并采用高容量且较低电位的硫化聚丙烯腈(S@pPAN)为负极材料,较高电位和低成本的硅酸锰钠为正极材料,构建近1.6V的新型高能水系钠离子电池。研究界面成膜反应与析氢反应的竞争与调控机制,通过电解质本体的固水与界面的阻水双重作用,抑制析氢/析氧和其它副反应,改善电池的电化学循环可逆性,切实推动高性能水系钠离子电池的发展与应用。
英文摘要
Aqueous Na-ion batteries with low cost and high safety are expected to be applied in the large-scale energy storage. Increasing the energy density could further reduce the use-cost and extend the application range. However, due to limitation of water electrolysis and electrode materials, the voltage output of this type of battery is still lower than 1.4 V. Additionally, it is short of high capacity cathode and anode materials. All of these lead to low energy density. Although the electrochemical window of aqueous electrolytes can be extended by use of high salt concentration, it results in high material cost and reduced ionic conductivity. In addition, intractable corrosion and salting-out emerge. This project is to avoid the high salt concentration strategy, reduce the electrochemical activation of water via multiple actions such as solvation, hydrogen bond and electrostatic attraction, and develop aqueous electrolyte systems with 3V wide electrochemical window. Moreover, sulfurized polyacrylonitrile (S@pPAN) with high capacity and relatively low potential will be used as anode material and sodium manganese silicate with relatively high potential and low cost as cathode material to assemble a new-style 1.6V aqueous Na-ion cell with high energy density. The mechanisms of competition and regulation between the interfacial filming reaction and hydrogen evolution will be investigated. In order to improve the electrochemical cycling reversibility of the cells, the hydrogen/oxygen evolution and other side-reactions would be suppressed by dual actions, that is, confining water molecules within the electrolytes and preventing water through the interphase layer. This work could strongly push the development and application of high energy aqueous Na-ion batteries.
期刊论文列表
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DOI:10.1016/j.nanoen.2022.107013
发表时间:2022-02
期刊:Nano Energy
影响因子:17.6
作者:Xuzixu Cui;Jun Yang;Zhixin Xu;Qian Liu;Yanna Nuli;Jiulin Wang
通讯作者:Xuzixu Cui;Jun Yang;Zhixin Xu;Qian Liu;Yanna Nuli;Jiulin Wang
DOI:10.1021/acsami.1c04468
发表时间:2021
期刊:ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES
影响因子:--
作者:Kuai Yixi;Wang Feifei;Yang Jun;Xu Zhixin;Li Hongping;Xu Xiaochuan;Nuli Yanna;Wang Jiulin
通讯作者:Wang Jiulin
DOI:10.1039/c9ra08402a
发表时间:2020-01-02
期刊:RSC advances
影响因子:3.9
作者:
通讯作者:
DOI:10.1002/smtd.202100437
发表时间:2021-08
期刊:Small methods
影响因子:12.4
作者:Xiaoyu Gao;Yixi Kuai;Zhixin Xu;Yongjie Cao;Nan Wang;S. Hirano;Yanna Nuli;Jiulin Wang;Jun Yang
通讯作者:Xiaoyu Gao;Yixi Kuai;Zhixin Xu;Yongjie Cao;Nan Wang;S. Hirano;Yanna Nuli;Jiulin Wang;Jun Yang
DOI:10.1016/j.jallcom.2021.162510
发表时间:2021-10
期刊:Journal of Alloys and Compounds
影响因子:6.2
作者:Jing Han;Jun Yang;Zhixin Xu;Hongping Li;Jiulin Wang
通讯作者:Jing Han;Jun Yang;Zhixin Xu;Hongping Li;Jiulin Wang
Cx30 A88V突变小鼠年龄相关性听觉保护机制的研究
- 批准号:82271179
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:52万元
- 批准年份:2022
- 负责人:杨军
- 依托单位:
靶向钙信号和活性氧揭示缝隙连接蛋白相关的遗传性/获得性耳聋的关键机制及干预研究
- 批准号:--
- 项目类别:--
- 资助金额:262万元
- 批准年份:2022
- 负责人:杨军
- 依托单位:
PG490联合FK506通过肥大细胞外泌体对异体大鼠后肢移植术后免疫调节机制研究
- 批准号:81871576
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:57.0万元
- 批准年份:2018
- 负责人:杨军
- 依托单位:
大上皮嵴支持细胞在哺乳动物耳蜗发育中的关键作用
- 批准号:81873698
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:53.0万元
- 批准年份:2018
- 负责人:杨军
- 依托单位:
高容量锂合金电极在原位聚合化电解质中的结构与界面稳定性研究
- 批准号:21773154
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:65.0万元
- 批准年份:2017
- 负责人:杨军
- 依托单位:
ATP-缝隙连接蛋白-P2嘌呤受体功能单位对听觉发育的调控作用
- 批准号:81470689
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:73.0万元
- 批准年份:2014
- 负责人:杨军
- 依托单位:
锂钠合金-硫高能密度二次电池基础研究
- 批准号:21273146
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:82.0万元
- 批准年份:2012
- 负责人:杨军
- 依托单位:
CTA高效低毒性免疫抑制和供体特异性免疫耐受联合治疗方案的实验研究
- 批准号:81171833
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:50.0万元
- 批准年份:2011
- 负责人:杨军
- 依托单位:
新生大鼠的耳蜗发育与三磷酸腺苷(ATP)的关系
- 批准号:81170919
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:57.0万元
- 批准年份:2011
- 负责人:杨军
- 依托单位:
G蛋白偶联受体48基因对附睾上皮功能影响及机制研究
- 批准号:30971386
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:31.0万元
- 批准年份:2009
- 负责人:杨军
- 依托单位:
国内基金
海外基金















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