基于配位聚合物超长纳米线的柔性电极材料的制备和性能研究
批准号:
21805193
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
25.3 万元
负责人:
于佳立
依托单位:
学科分类:
电能源化学
结题年份:
2021
批准年份:
2018
项目状态:
已结题
项目参与者:
杜建国、赵勇、石逯迪、周杰
中文摘要
柔性储能器件的开发和应用大大促进了电子产品的多功能化,发展高性能电极材料是柔性储能器件发展的关键所在。通过真空抽滤氧化石墨烯与赝电容活性物质的分散液制备柔性薄膜电极是一种被广泛采用的柔性电极制备方法。而该方法所制备的石墨烯自支撑柔性复合薄膜电极普遍存在由于活性物质与氧化石墨烯亲和性差引起的薄膜分层、材料整体柔性、力学性能差的问题,从而进一步导致活性储能物质的储能能力无法充分发挥。从提高柔性薄膜电极储能性能、电化学稳定性和柔性的角度出发,本项目拟研究制备一种与氧化石墨烯分散液有良好相容性和分散性的柔性配位聚合物超长纳米线,采用真空抽滤法将配位聚合物纳米线与氧化石墨烯复合制备高质量柔性电极薄膜,并最终通过煅烧处理还原氧化石墨烯,同时将配位聚合物纳米线转换为金属氧化物纳米线,从而得到微结构均匀良好的电极材料,在保证电极材料具有优异柔性的基础上,实现薄膜电极的高导电和高比容量。
英文摘要
The emerging and application of flexible energy storage devices have tremendously boosted the development of multifunctional electronics. However, challenges still exist in the pursuit of high-performance electrode materials. Vacuum filtration is a widely used method to prepare flexible film electrode which contains nano-carbon materials and electrochemical active materials. However, the self-supported flexible graphene composite film prepared by this method usually shows poor structure stability, limited flexibility and mechanical performance, which further leads to the uncomprehensive utilization of the energy storage ability derived from the electrochemical active materials. Therefore, the present project is motivated by the need to develop a simple and effective approach to fabricate flexible electrode with enhanced flexibility and energy storage performance. Firstly, coordination polymer nanowires with high dispersity and affinity with graphene oxide solutions would be prepared, followed by vacuum filtrating with graphene oxide to form composite film. Then, high temperature treatment would be applied to the composite film in order to transform coordination polymer nanowires into metal oxide nanowires and graphene oxide into reduced graphene oxide. It is anticipated that the resulted flexible composite film would show homogeneous microstructure, excellent flexibility and capacitance performance.
针对真空抽滤法所制备的石墨烯自支撑柔性复合薄膜电极普遍存在的材料整体柔性差的问题,同时从提高柔性薄膜电极储能性能和电化学稳定性的角度出发,本项目研究制备了与氧化石墨烯分散液有良好相容性和分散性的柔性金属配位聚合物超长纳米线,并通过与氧化石墨烯共同抽滤,并辅以硫化和煅烧处理,获得了柔性金属硫化物/还原氧化石墨烯复合薄膜电极,在保证电极材料具有优异柔性的基础上,实现薄膜电极的高导电和高比容量。此外,采用金属配位聚合物纳米线为基体和前驱体,通过一锅水热法,制得了具有多级结构的中空纳米纤维,并将该纤维应用于柔性超级电容器、锂离子电池和钠离子电池的储能应用中。实验结果表明:(1)所制得金属硫化物/石墨烯柔性薄膜材料在电流密度为0.5 A g-1时,其质量比容量可达1279 F g-1,当电流密度提高到10 A g-1,质量比电容仍然保持在608 F g-1;(2)所制得的多级结构中空纳米纤维在用作超级电容器电极材料时,表现出579 F g-1的比电容。将其组装成非对称柔性超级电容器,在10000次充/放电循环中表现出96.5%的高电容保持率,表明其具有出色的循环稳定性。此外,该电极材料机械形变耐久性优异,在50次机械弯曲中可以保持稳定的储能性能;(3)所制得的多级结构中空纳米纤维电极在作为锂/钠离子电池负极材料,展现出优异的倍率性能和循环寿命。在1000 mA g-1电流密度下循环500圈,锂离子电池和钠离子电池的可逆放电比容量仍可保持84.1%和88.4%以上。此外,动力学分析表明,该电极材料的锂/钠离子存储过程主要受赝电容行为控制。. 在项目执行期间,发表了高水平学术论文11篇,其中SCI收录11篇;申请国家发明专利1项,已授权1项;项目投入经费25.30万元,支出经费19.31万元,结余经费5.98万元,剩余经费计划用于本项目研究后续支出。
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Antimonene Engineered Highly Deformable Freestanding Electrode with Extraordinarily Improved Energy Storage Performance
锑烯设计的高度可变形独立式电极,具有显着提高的储能性能
DOI:
10.1002/aenm.201902462
发表时间:
2019-10
期刊:
Advanced Energy Materials
影响因子:
27.8
作者:
[Yu Jiali, Zhou Jie, Yao Pingping, Xie Hui, Zhang Meng, Ji Muwei, Liu Huichao, Liu Qian, Zhu Caizhen, Xu Jian]
通讯作者:
Xu Jian
Fabrication of MnO2-carbonized cotton yarn derived hierarchical porous active carbon flexible supercapacitor electrodes for potential applications in cable-type devices
MnO2-碳化棉纱衍生的分级多孔活性炭柔性超级电容器电极的制备,在电缆类设备中的潜在应用
DOI:
10.1016/j.apsusc.2019.05.054
发表时间:
2019-09-01
期刊:
APPLIED SURFACE SCIENCE
影响因子:
6.7
作者:
[Ullah, Shahid, Yu, Jiali, Xu, Jian]
通讯作者:
Xu, Jian
A one-pot synthesis of nitrogen doped porous MXene/TiO2 heterogeneous film for high-performance flexible energy storage
一锅合成氮掺杂多孔 MXene/TiO2 异质薄膜用于高性能柔性储能
DOI:
10.1016/j.cej.2021.130765
发表时间:
2021
期刊:
Chemical Engineering Journal
影响因子:
15.1
作者:
[Jiali Yu, Minling Zeng, Jie Zhou, Houdao Chen, Guangtao Cong, Huichao Liu, Muwei Ji, Caizhen Zhu, Jian Xu]
通讯作者:
Jian Xu
MOF-derived CoFe2O4 nanorods anchored in MXene nanosheets for all pseudocapacitive flexible supercapacitors with superior energy storage
MOF 衍生的 CoFe2O4 纳米棒锚定在 MXene 纳米片中,适用于具有卓越能量存储的所有赝电容柔性超级电容器
DOI:
10.1016/j.apsusc.2020.147584
发表时间:
2020-12
期刊:
Applied Surface Science
影响因子:
6.7
作者:
[Xie Wanyi, Wang Yanzi, Zhou Jie, Zhang Meng, Yu Jiali, Zhu Caizhen, Xu Jian]
通讯作者:
Xu Jian
High performance flexible energy storage device based on copper foam supported NiMoO4 nanosheets-CNTs-CuO nanowires composites with core-shell holey nanostructure
基于泡沫铜负载NiMoO4纳米片-CNTs-CuO纳米线核壳多孔纳米结构复合材料的高性能柔性储能器件
DOI:
10.1016/j.jmst.2020.11.076
发表时间:
2021
期刊:
Journal of Materials Science & Technology
影响因子:
10.9
作者:
[Yao Pingping, Li Chenyang, Yu Jiali, Zhang Shuo, Zhang Meng, Liu Huichao, Ji Muwei, Cong Guangtao, Zhang Tao, Zhu Caizhen, Xu Jian]
通讯作者:
Xu Jian
共 11 条
聚丙烯腈高强高模碳纤维表面纳米焊接
改性与调控机制研究
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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:于佳立
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依托单位:
基于微波辅助热冲击法的超高分子量聚乙烯纤维的功能化改性及应用研究
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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:10.0万元
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批准年份:2022
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负责人:于佳立
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依托单位:
国内基金
海外基金