课题基金 / 基金详情

金属掺杂MnS@C分级微纳结构的调控及储钠性能研究

批准号:
52102117
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
李少慧
依托单位:
学科分类:
无机非金属基复合材料
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
李少慧

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
MnS因具有较高的理论比容量、较低的氧化还原电位、成本低廉和环境友好等优点,被认为是一种具有广阔应用前景的钠离子电池负极材料。为了改善MnS基材料倍率性能和循环稳定性差的问题,目前研究普遍采用的结构微纳米化或与碳材料复合的方法只能在一定程度上提高MnS近表面的电子和离子的传输。针对该问题,本项目提出通过内部金属掺杂对MnS进行原子层面的改性和外部碳基体的微结构调控来协同提高MnS的电化学性能。本项目将重点利用多种表征手段和理论计算系统的研究掺杂金属的种类、掺杂量及碳基体的结构调控对MnS储钠性能的影响规律,阐明掺杂金属的选择及外部微环境的调控对钠离子扩散动力学、结构稳定性及相结构演化的影响机制,为制备高性能的钠离子电池材料提供新颖的研究思路和实践基础。
英文摘要
Manganese sulfide (MnS) is considered to be a promising anode material for sodium-ion batteries, due to its advantages of relatively high theoretical specific capacity, low redox potential, costlessness and environmental friendliness. In order to mitigate the problems of poor rate performance and cycle stability, the commonly used methods are nanostructure design and carbon hybridization, which can only improve the electrons/ions transportation near the surface of MnS to a certain extent. In response to this problem, this project proposes to synergistically improve the electrochemical performance of MnS through atomic-level metal doping and microstructure regulation of external carbon matrix. This project will focus on using a variety of characterization methods and theoretical calculations to systematically study the influence of metal dopant types, doping level and carbon matrix structure regulation on the performance of MnS sodium storage. The influence of doping metal selection and external microenvironment regulation on sodium ion diffusion kinetics, structural stability and phase structure evolution will be clarified, providing novelty and practical foundation for the preparation of high-performance sodium ion battery materials.
钠离子电池因其资源丰富和成本低廉的优点,在大型储能装置和设备的应用中引起了研究者们的广泛关注。MnS因具有较高的理论比容量、较低的氧化还原电位、成本低廉和环境友好等优点,被认为是一种很有潜力的钠离子电池负极材料。然而,MnS导电性差且在脱嵌钠过程中体积变化较大,易引起电极材料的破碎粉化,严重影响MnS基负极材料的倍率性能和循环稳定性。因此,本课题设计和合成了一系列具有特殊结构的碳包覆异相元素掺杂MnS复合材料和碳包覆MnS异质结结构材料。异相元素掺杂和异质结结构的构筑可以提高MnS体相的离子/电子扩散,而碳材料包覆不仅可以抑制MnS的体积膨胀,维持结构稳定,并且可增加材料表面电导率。两者可以协同的提高电极材料的可逆容量、倍率性能和长时间的循环稳定性。通过分析复合材料中组分、形貌结构对复合材料的电化学性能的影响机制,得到结构稳定且电化学性能优异的MnS基材料,为具有高比能的MnS基电极材料的发展提供理论与技术支持。
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