等离子体辅助合成技术提升二氧化钛的储钠性能及其作用机制
结题报告
批准号:
21975289
项目类别:
面上项目
资助金额:
67.0 万元
负责人:
王海燕
依托单位:
学科分类:
电能源化学
结题年份:
2023
批准年份:
2019
项目状态:
已结题
项目参与者:
王海燕
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中文摘要
改善电子传导与离子扩散,提高首次库伦效率是TiO2钠离子电池负极能否实现应用的关键。本项目基于缺陷化学原理与界面调控技术,提出了一种新颖的等离子体辅助烧结制备高性能TiO2的方法。考察不同等离子源对目标材料形貌、结构与性能的影响,优化等离子体功率,处理时间和烧结温度等因素,研究缺陷型TiO2储钠性能的改善机制;基于缺陷再填充,通过等离子辅助分别实现钒、铜等阳离子和氮、磷、硫、硒等阴离子对TiO2的深度掺杂,结合第一性原理计算,深入理解等离子体在辅助杂元素掺杂过程中的作用机制,获得最佳的掺杂元素与制备条件;在此基础上,分别制备氮(硫)元素同时掺杂TiO2和碳包覆层的复合材料,分析其储钠性能的协同机制。重点研究等离子体表面处理对首次库仑效率的影响规律;设计基于TiO2负极的全电池,引入正极补钠技术弥补负极因首次充放电对正极钠源的过度消耗,从材料设计和体系优化角度实现高能高功率钠离子电池的开发。
英文摘要
Low electronic conductivity, poor Na ion diffusion and inferior initial coulombic efficiency are three key issues for TiO2 anode to achieve the practical application in sodium ion batteries. In this project, based on defect chemistry and interfacial tuning, we propose a novel plasma-assisted sintering method to fabricate advanced TiO2 anode material. Firstly, the influences of different plasma sources, plasma power, treating time and sintering temperature to the morphology, structure and sodium storage performance will be well investigated. In the following, deep doping of cations (V, Cu) and anions (N, P, S, Se) to TiO2 with the assist of plasma will be carried out and the related regulating mechanism of plasma during the doping process will be fully understood on the basis of detailed experimental characterizations and First-principle calculation method. Accordingly, the optimum preparation conditions will be concluded. To further improve the performance of TiO2, carbon modification will be employed. Plasma-assisted method will be introduced to achieve the nitrogen or sulfur doping both to TiO2 and carbon coating layers. The synergistic effects of N-doped TiO2 and N doped carbon for significant improvement of sodium storage performance will be well discussed. Also, we will pay attention to the effect of plasma assisted interfacial regulating to initial coulombic efficiency. Finally, full sodium ion batteries with the as-prepared TiO2 material as anode will be constructed and sodium compensation method in cathode will be employed to decrease the over consumption of cathode active materials resulted from the low initial coulombic efficiency of anode material. We will develop high-density and high-power full sodium ion batteries via material designing and cell system optimum.
期刊论文列表
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DOI:10.1002/anie.202308017
发表时间:2023
期刊:Angewandte Chemie International Edition
影响因子:--
作者:Zefang Yang;Chao Hu;Qi Zhang;Tingqing Wu;Chunlin Xie;Hao Wang;Yougen Tang;Xiaobo Ji;Haiyan Wang
通讯作者:Haiyan Wang
DOI:10.1002/asia.202001172
发表时间:2020-11
期刊:Chemistry, an Asian journal
影响因子:--
作者:Qi Wang;Shan Zhang;Hanna He;Chunling Xie;You-gen Tang;Chuanxin He;M. Shao;Hai-yan Wang
通讯作者:Qi Wang;Shan Zhang;Hanna He;Chunling Xie;You-gen Tang;Chuanxin He;M. Shao;Hai-yan Wang
DOI:--
发表时间:2020
期刊:Nature Communications
影响因子:16.6
作者:Qi Zhang;Jingyi Luan;Xiaobing Huang;Qi Wang;Dan Sun;Yougen Tang;Xiaobo Ji;Haiyan Wang
通讯作者:Haiyan Wang
Engineering Hierarchical Structure and Surface of Na4mnv(Po4)3 for Ultrafast Sodium Storage by a Scalable Ball Milling Approach
通过可扩展球磨方法实现超快钠存储的 Na4mnv(Po4)3 的工程层次结构和表面
DOI:10.2139/ssrn.4054475
发表时间:2022
期刊:Nano Energy
影响因子:17.6
作者:Lin Zhu;Mengjie Zhang;Lixuan Yang;Kexin Zhou;Yan Wang;Dan Sun;Yougen Tang;Haiyan Wang
通讯作者:Haiyan Wang
DOI:10.1002/batt.202100146
发表时间:2021-08
期刊:Batteries & Supercaps
影响因子:5.7
作者:Zhengna Zhang;Jianjun Ma;Rui Zhang;Ranjusha Rajagopalan;You-gen Tang;Yu Ren;Hai-yan Wang
通讯作者:Zhengna Zhang;Jianjun Ma;Rui Zhang;Ranjusha Rajagopalan;You-gen Tang;Yu Ren;Hai-yan Wang
木基生物质衍生硬碳负极的闭孔调控策略及储钠机制研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    54万元
  • 批准年份:
    2022
  • 负责人:
    王海燕
  • 依托单位:
高能锌金属负极的界面与结构调控及其全电池设计
  • 批准号:
    2020JJ2042
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2020
  • 负责人:
    王海燕
  • 依托单位:
“过渡金属-氮”共掺杂碳基铝空气电池催化剂的结构调控及氧还原催化特性
  • 批准号:
    21671200
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    70.0万元
  • 批准年份:
    2016
  • 负责人:
    王海燕
  • 依托单位:
基于特定裸露晶面钒酸铵超薄纳米片的可控合成及储锂机制研究
  • 批准号:
    21301193
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万元
  • 批准年份:
    2013
  • 负责人:
    王海燕
  • 依托单位:
国内基金
海外基金