兼具高容量与高功率的“微区溶解/吸附”型转换电极反应体系
批准号:
52077095
项目类别:
面上项目
资助金额:
60.0 万元
负责人:
周敏
依托单位:
学科分类:
电气储能
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
周敏
中文摘要
基于钠离子存储反应的电池/电容混合体系兼具能量与功率密度、资源与成本优势,是新一代电化学储能技术发展的重要方向。然而,现阶段的钠离子混合电容器大多是基于电池嵌入反应与电容双电层反应构建的,受限于电池型电极与电容型电极的电化学反应不协调,很难真正实现能量密度与功率密度的优势互补。为了解决这个问题,本项目提出了构建“微区溶解/吸附”型转换反应电极的新思路,利用多电子转换反应的高容量,“微区溶解/吸附”机理的快速动力学,实现高能量密度的混合电容储能体系。在前期研究基础上,拟选择典型的过渡金属硫化物为主要目标体系,系统深入地研究材料组成结构、电解液性质对于“微区溶解/吸附”机理、转化反应动力学的影响规律,探索适合“微区溶解/吸附”反应机制的电极结构与电化学环境,阐明这类电极反应的电化学特征和应用性质,为发展新一代高性能电池/电容混合储能体系提供理论基础和技术支撑。
英文摘要
Sodium-based battery/supercapacitor hybrid energy storage systems are attractive candidates for the next generation electrochemical energy storage technologies, due to the advantages of high energy/power densities, resource abundance and low cost. At present, sodium ion hybrid batteries (SIHC) are mostly constructed based on the insertion/extraction reactions combined with electrochemical double-layer reactions. It is difficult to effectively combine the advantages of high energy densities and power densities of batteries and supercapacitors, due to the incongruity of the battery-type and capacitive-type reactions. To solve these problems, this project proposes a novel strategy to develop energy storage systems based on the “microdomain dissolution/adsorption” conversion reaction mechanisms. Benefiting from the multi-electron conversion reactions and fast kinetics of “microdomain dissolution/adsorption” mechanisms, both high energy densities and power densities can be achieved for the novel SIHC. In order to realize this concept, transition-metal chalcogenides (TMCs) are selected as the typical electrodes for “microdomain dissolution/adsorption” conversion reactions. The relationships between the chemical structure, reaction mechanisms and redox kinetics are investigated in-depth and systematically to reveal the optimized chemical structure and electrochemical environment for the “microdomain dissolution/adsorption” conversion reactions. The practical applications of the “microdomain dissolution/adsorption” conversion reactions are further evaluated in the novel hybrid energy storage systems. Those explorations may provide theoretical guidance and technical supports for the regular design and applications of next generation battery/capacitor hybrid systems with high performances.
基于“微区溶解/吸附”转换反应机制的电化学体系兼具高能量与功率密度,是新一代电化学储能技术的重要发展方向。过渡金属硫化物结构多样、资源丰富、环境友好,是构建“微区溶解/吸附”转换反应体系的理想材料。本项目研究成果如下:1、通过熔盐电解法制备了系列高电化学活性的特殊价态过渡金属硫化物(Ti2S,TiS等),低价金属硫化物的化学键更容易断裂重组,对于可溶性多硫离子具有更好的吸附能力,保证了电极在深度充放电的工况下长效稳定循环;2、通过调控过渡金属硫化物晶面的择优取向、构建异质界面等界面调控方式,降低了离子的脱溶剂化能垒,加速了离子的界面传输速率,实现了过渡金属硫化物的超快速率充放电(5A g-1,容量保持率85.5%);3、探索了“微区溶解/吸附”反应机制在水溶液电池体系的应用,设计制备了具有特殊价态的Cu0.05TiS2作为水溶液电极体系,基于Cu、Ti、S等多原子协同的多电子反应,实现了1068 mA h g-1的超高比容量,稳定循环800次。 .在该项目的资助下,发表了高水平SCI/EI论文20篇(高被引2篇),中文核心1篇,设计合成了系列“微区溶解/吸附”转换反应机制的电极材料,明确了材料组成结构、电解液性质对于反应机理、动力学参数的影响机制,阐明了“微区溶解/吸附”转换电极反应的电化学特征和应用性质,为发展新一代高性能电化学储能体系提供理论基础和技术支撑。
miR-4254调控Ets2/p16INK4a通路在锌暴露致肺功能下降中的作用机制研究
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批准号:82304101
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:30万元
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批准年份:2023
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负责人:周敏
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依托单位:
基于2D-COSY为中心的多模态MRI联合影像组学预测IDH突变型胶质瘤术后无进展生存预后研究
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批准号:81901714
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:21.0万元
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批准年份:2019
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负责人:周敏
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依托单位:
溶血磷脂酰胆碱调节肺巨噬细胞M2型极化参与哮喘气道重塑的机制研究
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批准号:81700032
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:20.0万元
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批准年份:2017
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负责人:周敏
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依托单位:
水溶液储钠聚合物的设计、合成与电化学表征
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批准号:21503084
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:21.0万元
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批准年份:2015
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负责人:周敏
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依托单位:
不确定条件下鄱阳湖流域土地-产业结构优化研究——基于生态环境约束
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批准号:41401631
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:23.0万元
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批准年份:2014
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负责人:周敏
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依托单位:
国内基金
海外基金