高强多孔石墨烯基杂化纤维及其柔性/微型高效锂离子电池的研究

批准号:
51673038
项目类别:
面上项目
资助金额:
62.0 万元
负责人:
朱美芳
依托单位:
学科分类:
E0304.通用高分子材料
结题年份:
2020
批准年份:
2016
项目状态:
已结题
项目参与者:
翁巍、麻伍军、王兴平、胡泽旭、陈姿晔、梁云霞
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中文摘要
石墨烯纤维具有优异的力学、电学和电化学性能以及良好的柔性,是设计组装线状柔性储能器件的关键电极材料。目前研究主要集中在低能量密度的线状超级电容器方面,但在高能量密度的线状锂离子电池领域尚无报道,而后者非常有望满足可穿戴电子和智能服装供电的特殊紧迫需求。受限于石墨烯自身物理性质以及易自堆积等问题,纯石墨烯纤维作为锂电池负极的比容量较低,且不能作为锂电池正极,仅依靠纯石墨烯纤维无法满足线状柔性锂电池的应用要求。针对以上问题,本项目拟通过纺前杂化(一步法)和纺后杂化(两步法)向石墨烯纤维中引入高比容量的正/负极活性物质,研究活性物质与石墨烯之间界面相互作用规律,得到长度连续、强度较高、比容量大的杂化纤维正/负极。将杂化纤维正极和负极组装成稳定的线状锂离子电池,系统研究电极组成和结构对电池性能的影响规律。最后通过编织、缠绕等方式进一步获得织物状和可拉伸的锂离子电池,探索其在可穿戴电子和智能服装中。
英文摘要
Graphene fibers with excellent mechanical, electrical and electrochemical properties and good flexibility are very suitable for the preparation of fiber-shaped flexible energy storage devices. Currently, graphene fibers are mainly used to fabricate flexible supercapacitor with low energy density, no research effort has been devoted to graphene fiber-based lithium-ion batteries which are expected to meet the special needs of wearable electronics and smart clothing. Limited by the nature of graphene as well as their restacking problem, pure graphene fiber-based energy storage devices usually have low capacitance, which greatly limits their practical applications. To address these problems, in this project we intend to employ two methods to introduce active materials into graphene fiber to fabricate high-performance composite fiber electrodes and study the interactions between active materials and graphene.Then we assemble the obtained composite fibers into continuous and stable fiber-shaped lithium ion battery and study the influences of the composition and structure of the electrode on the battery. Finally, we weave the obtained flexible lithium-ion battery into fabric and explore their potential application in the wearable electronic devices.
近年来,随着可穿戴设备的发展,大量的智能设备,如柔性显示器、柔性传感器、智能眼镜和手表等,被广泛应用,因此亟需开发柔性可弯折且高效率的智能储能器件为以上功能器件提供能量支持其稳定运行。在各类储能设备中,锂离子电池因具备高能量密度、无记忆效应以及长循环寿命的特点而受到大量关注,有望在柔性储能领域大放异彩。但固有的刚性结构电极大大限制了其在可穿戴系统的应用,因此需要开发纤维状电极以期满足柔性的需求。石墨烯纤维是由石墨烯纳米片经过湿法纺丝片片堆叠而成,由于其本身具有优异的力学性能、电学性能、热稳定性能以及高的比表面积,因此可以满足柔性锂电对电极材料的要求。但石墨烯纤维在纺丝过程中往往存在严重的π-π堆叠结构,因此需通过第二组分杂化的方式提高电极材料的电化学性能,本项目通过“一步法”和“两步法”的方式分别构建石墨烯杂化纤维,并研究纺丝参数、第二组分表面化学特性及界面属性对纤维结构的影响,构建可用于纤维状锂离子电池等储能器件的柔性电极,系统研究了其力学、电学和电化学性能,并进一步探索了织物状器件在智能可穿戴设备中的应用。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:10.1016/j.electacta.2019.03.015
发表时间:2019-05
期刊:Electrochimica Acta
影响因子:6.6
作者:Junjie Yang;Wei Weng;Yunxia Liang;Yang Zhang;Lijun Yang;Xiaogang Luo;Qian Liu;Meifang Zhu
通讯作者:Junjie Yang;Wei Weng;Yunxia Liang;Yang Zhang;Lijun Yang;Xiaogang Luo;Qian Liu;Meifang Zhu
DOI:10.1039/c9ta01474h
发表时间:2019
期刊:Journal of Materials Chemistry A
影响因子:11.9
作者:Luo Xiaogang;Weng Wei;Liang Yunxia;Hu Zexu;Zhang Yang;Yang Junjie;Yang Lijun;Yang Shengyuan;Zhu Meifang;Cheng Hui Ming
通讯作者:Cheng Hui Ming
DOI:10.1021/acsami.8b19359
发表时间:2019-03-06
期刊:ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES
影响因子:9.5
作者:Ma, Wujun;Li, Min;Zhu, Meifang
通讯作者:Zhu, Meifang
Fast Heat Transport Inside Lithium-Sulfur Batteries Promotes Their Safety and Electrochemical Performance.
锂硫电池内部的快速热传输可提高其安全性和电化学性能
DOI:10.1016/j.isci.2020.101576
发表时间:2020-10-23
期刊:iScience
影响因子:5.8
作者:Xu G;Yu D;Zheng D;Wang S;Xue W;Cao XE;Zeng H;Xiao X;Ge M;Lee WK;Zhu M
通讯作者:Zhu M
Highly Conductive Nanocomposite Enabled by an Accordion-like Graphene Network for Flexible Heating Films and Supercapacitors
由类似手风琴的石墨烯网络实现的高导电纳米复合材料,用于柔性加热膜和超级电容器
DOI:10.1021/acsanm.8b00997
发表时间:2018-08
期刊:ACS Applied Nano Materials
影响因子:5.9
作者:Yang Lijun;Weng Wei;Yang Junjie;Zhang Yang;Liang Yunxia;Luo Xiaogang;Zhu Meifang
通讯作者:Zhu Meifang
瞬时释压(FPR)微细纤维纺丝机及其在线监测控制系统研制
- 批准号:52127805
- 项目类别:国家重大科研仪器研制项目
- 资助金额:853.2万元
- 批准年份:2021
- 负责人:朱美芳
- 依托单位:
瞬时释压纺丝法制备聚合物微细纤维聚集体及其可重复使用高端防护服研发
- 批准号:--
- 项目类别:专项基金项目
- 资助金额:200万元
- 批准年份:2020
- 负责人:朱美芳
- 依托单位:
有机无机杂化水凝胶的设计构筑及其纤维成形机理研究
- 批准号:51733002
- 项目类别:重点项目
- 资助金额:290.0万元
- 批准年份:2017
- 负责人:朱美芳
- 依托单位:
纤维新材料与百姓生活
- 批准号:51220005
- 项目类别:专项基金项目
- 资助金额:20.0万元
- 批准年份:2012
- 负责人:朱美芳
- 依托单位:
连续多孔石墨烯及其杂化纤维的可控制备与柔性器件设计
- 批准号:51273040
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:79.0万元
- 批准年份:2012
- 负责人:朱美芳
- 依托单位:
高性能快速响应纳米复合水凝胶的设计及新型柔性磁控材料的构筑
- 批准号:50873022
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:36.0万元
- 批准年份:2008
- 负责人:朱美芳
- 依托单位:
含有定向阵列一维纳米孔的智能凝胶的合成与结构性能表征
- 批准号:50473002
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:23.0万元
- 批准年份:2004
- 负责人:朱美芳
- 依托单位:
有机纳米材料的合成及其在高聚物基质中的稳定分散性研究
- 批准号:20174003
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:18.0万元
- 批准年份:2001
- 负责人:朱美芳
- 依托单位:
国内基金
海外基金
