高能量密度纤维电极材料的构筑及其柔性与电容性能的优化平衡

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51772182
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0208.无机非金属能量转换与存储材料
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

For the flexible fiber-based supercapacitors, the challenges existing are how to achieve high energy density without compromising their rate stability and how to balance optimization between flexibility and specific capacitance. In this project, the holey graphene nanosheets with large size and carbon nanotubes are selected to optimize the flexibility and conductivity of the assembled materials, the holey MnO2 nanosheets (or nanowires) are selected to optimize the specific capacitance, and the graphene/manganese dioxide/carbon nanotube flexible composite fiber electrodes with both ion-fast transfer channel and controllable aspect ratio are expected to be prepared by counter-drop-casting technology. By investigating the holey ratio of nanosheets (or nanowires), the size of nanosheets, the component content, the assembled rate, and the entanglement method, the regularity between porous structure and the specific capacitance of the assembled fiber-based electrodes will be clarified. By testing the electrochemical parameters of the assembled materials and device such as electrochemical impedance spectroscopy, the variation of the ion transport and the specific capacitance is studied. By using the prepared fiber-based electrodes with good flexible and excellent capacitance, the symmetrical and asymmetric flexible solid-state fiber supercapacitors are assembled. By investigating the bending degree, tensile strength and folding degree of the prepared electrodes and device, the relationship between the flexibility and specific capacity is investigated, which can provide the basis for optimizing the flexibility and electrical performance of the assembled fiber-based electrodes and the device. The research is expected to overcome the outstanding problems such as the low specific capacity, the slow reaction dynamics and the low coulomb efficiency of the solid fiber electrode, and the flexible fiber supercapacitor with high energy density is expected to be developed.
针对柔性纤维超级电容器能量密度低及柔性和比容量优化平衡矛盾的瓶颈问题,项目拟以大尺寸孔洞石墨烯纳米层与碳纳米管优化材料柔性和导电性,以孔洞二氧化锰纳米层(线)优化材料比电容,采用对向滴铸组装技术制备具有离子快速传输通道,纵横比可控的石墨烯/二氧化锰/碳纳米管柔性复合纤维电极材料;通过研究组装纳米层(线)孔洞化率、纳米层大小、组分含量、组装速率及缠绕方法与电化学电容关系,阐明组装材料结构改善柔性复合纤维比电容的规律;通过对组装材料及器件电化学阻抗谱等测定,研究组装材料离子传输与材料比能量的变化规律;以制备的纤维电极组装对称及不对称柔性全固态纤维超级电容器,研究电极及器件弯曲程度、抗拉伸量及折叠程度等柔性参数下的比容量,为优化平衡材料与器件柔性和电性能提供依据,达到克服实心纤维电极比容量低、反应动力学迟缓和库仑效率低等突出问题,开发高能量密度下倍率性能优异的柔性纤维超级电容器。

结项摘要

柔性纤维超级电容器作为可穿戴柔性电子器件电源显示了巨大应用前景,而能量密度低和柔性与电容优化平衡是该类器件面临的挑战。四年来课题组在三个方面进行了系统性研究工作。一是纤维电极设计、制备及宽温全固态纤维电容器电容与柔性优化平衡,发现不同电性剥离纳米片层液晶相是组装纤维电容器电极材料最佳悬浮液,湿法纺丝技术是将固化液晶相纺丝液组装柔性纤维有效方法,高导电性石墨烯和高柔性有机芳纶纤维类材料是改善纺丝纤维导电性能和柔韧性的良好柱撑剂。采用具有低温抗冻、高温耐热、轻量、柔性和高离子导电性等特征有机水凝胶电解质,可实现组装纤维器件宽温条件下的正常工作,为极端条件下全固态柔性纤维电容器应用提供了新策略。以T/A-5复合纤维电极材料和F-MMT/PVA有机水凝胶电解质组装的全固态对称柔性纤维电容器具有26.2 mWh cm-3高体积能量密度及-40~80 C宽温工作范围。二是柔性超级电容器用高容量薄膜电极制备及组装器件性能与柔性优化平衡。开发了大尺寸少层硼烯溶剂热辅助剥离新技术,以制备的硼量子点(BQDs)作为柱撑剂组装的Ti3C2Tx/BQDs复合薄膜电极展现出显著倍率增强效应,为发展高功率密度柔性薄膜超级电容器提供了新方法。以拓扑化学剥离法制备的超大尺寸少层硅氧烯纳米片为Li-O2电池双功能光催化剂,光辅助Li-O2电池的电能转换效率达185%,为实现太阳能与电能的高性能转换和存储提供了新机遇。三是钠离子电容器新型电极材料制备及其器件性能研究。采用溶剂热随后高温处理、静电纺丝结合高温热处理和静电纺丝结合硫化处理等方法,开发了系列高倍率性能Nb2O5和Ti2Nb2O9基复合电极材料;以制备的系列复合电极材料为负极和AC为正极,组装了兼具高能量/功率密度和长循环寿命钠离子电容器,解决了钠离子电容器电池型负极与电容型正极间动力学匹配性差瓶颈问题,为提高组装器件能量密度和功率密度提供了新策略。

项目成果

期刊论文数量(21)
专著数量(1)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
二维纳米片层孔洞化策略及组装材料在超级电容器中的应用
  • DOI:
    10.3866/pku.whxb201905032
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Acta Physico - Chimica Sinica
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    康丽萍;张改妮;白云龙;王焕京;雷志斌;刘宗怀
  • 通讯作者:
    刘宗怀
Few-layer and large flake size borophene: preparation with solvothermal-assisted liquid phase exfoliation.
少层大片硼烯:溶剂热辅助液相剥离制备
  • DOI:
    10.1039/d0ra03492d
  • 发表时间:
    2020-07-21
  • 期刊:
    RSC advances
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
  • 通讯作者:
Ti3C2Tx Nanosheets/Ti3C2Tx Quantum Dots/RGO (Reduced Graphene Oxide) Fibers for an All-Solid-State Asymmetric Supercapacitor with High Volume Energy Density and Good Flexibility
Ti3C2TX纳米片/Ti3C2TX量子点/RGO(还原氧化石墨烯)纤维用于具有高体积能量密度和良好柔韧性的全固态不对称超级电容器
  • DOI:
    10.1021/acsami.9b21874
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    ACS Applied Materials & Interfaces
  • 影响因子:
    9.5
  • 作者:
    Zhou Xu;Qin Yi;He Xuexia;Li Qi;Sun Jie;Lei Zhibin;Liu Zong-Huai
  • 通讯作者:
    Liu Zong-Huai
3D hierarchical NiCo2S4 nanoparticles/carbon nanotube sponge cathode for highly compressible asymmetric supercapacitors
用于高度可压缩非对称超级电容器的3D分层NiCo2S4纳米颗粒/碳纳米管海绵阴极
  • DOI:
    10.1021/acs.energyfuels.0c03745
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Energy & Fuels
  • 影响因子:
    5.3
  • 作者:
    Yang Xiaoming;He Xuexia;Li Qi;Sun Jie;Lei Zhibin;Liu Zong-Huai
  • 通讯作者:
    Liu Zong-Huai
High-quality borophene quantum dot realization and their application in a photovoltaic device
高质量硼烯量子点的实现及其在光伏器件中的应用
  • DOI:
    10.1039/d1ta06524f
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Journal of Materials Chemistry A
  • 影响因子:
    11.9
  • 作者:
    Zhao Anran;Han Yu;Che Yuhang;Liu Qi;Wang Xiyang;Li Qi;Sun Jie;Lei Zhibin;He Xuexia;Liu Zong-Huai
  • 通讯作者:
    Liu Zong-Huai

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其他文献

化学镀铜技术的最新进展
  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 作者:
    王增林;殷列;杨祖培;刘宗怀;白红军;高彦磊
  • 通讯作者:
    高彦磊
高性能石墨烯/二氧化钒杂化电极材料
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    Electrochimica Acta
  • 影响因子:
    6.6
  • 作者:
    康丽萍;雷志斌;刘春玲;刘宗怀
  • 通讯作者:
    刘宗怀
碳海绵上电化学沉积Fe_(2)O_(3)纳米片及其增强电容性能
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Acta Physico - Chimica Sinica
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    梁旭;贾宇峰;刘宗怀;雷志斌
  • 通讯作者:
    雷志斌

其他文献

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高比容量空洞结构电极材料的构筑及其超电容性能
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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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