微流控芯片技术制备石墨烯纤维及其柔性超级电容器的性能研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21805273
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0905.电能源化学
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

The research and development of new materials and new energy storage devices have attracted much attention in the whole world. In particular, developing new-type fiber-based electrode materials and their flexible energy storage devices is a very important research direction. However, this impacts higher requirements on properties of fiber electrode materials and flexible energy storage devices, including high bendability, stretchablity, foldability as well as high energy storage density. By virtue of its unique structure, excellent conductivity and favorable mechanical and outstanding electrochemical properties, graphene-based fiber is expected to be a novel flexible fiber electrode material with high performance and great potential. To this end, this project was aimed at studying key technologies of microfluidic fabrication and structure adjustment of graphene based fibers as well as its application in flexible supercapacitors. At first, graphene and graphene composite fibers with controllable structure and shape as well as adjustable diameters were prepared through the microfluidic chip technology and wet-spinning process. Then, the resulting integrated graphene (composite) fiber material prepared by microfluidic chip and wet-spinning technologies was applied for the innovative flexible (e.g. bendable, extensible and foldable) linear supercapacitors, and for interconnected modularization via serial and parallel integration. Finally, this research will provide a scientific and technological basis for massive production of high-performance graphene-based fiber supercapacitors.
新材料和新型储能器件开发是当前能源领域的研究热点。发展新型纤维状电极材料及其柔性储能器件是重要的研究方向,但对纤维状电极材料和柔性器件性能提出了更高的要求,如可任意弯折、可拉伸、可折叠、高储能密度等。石墨烯纤维具有独特的结构、优异的导电性、良好机械性能和电化学性质,预示着是一种极具前景、高性能的新型纤维状柔性电极材料。鉴于此,本项目拟开展石墨烯纤维的可控制备、结构调控及其在柔性超级电容器的应用关键技术研究。利用微流控芯片技术,结合湿法纺丝法制备出结构和形貌可控的、直径可调控的石墨烯及其复合纤维;利用微流控湿法纺丝技术制备一体化石墨烯(复合)纤维材料应用于新概念、柔性化(如可弯折、可拉伸、可折叠)线型超级电容器,并进行模块化、集成化研究。为宏量制备高性能石墨烯纤维状超级电容器提供科学基础。

结项摘要

新材料和新型储能器件开发是当前能源领域的研究热点。发展新型纤维状电极材料及其柔性储能器件是重要的研究方向,但对纤维状电极材料和柔性器件性能提出了更高的要求,如可任意弯折、可拉伸、可折叠、高储能密度等。石墨烯纤维具有独特的结构、优异的导电性、良好机械性能和电化学性质,预示着是一种极具前景、高性能的新型纤维状柔性电极材料。本项目我们提出从结构设计、不同石墨烯的组合以及纤维后处理定向拉伸来综合提升基材的机械性能。依托微流控芯片技术,通过湿法纺丝制备多种不同截面形状、多组分和多级结构的石墨烯基纤维,达到纤维的截面形状可调,直径可调,组分可调以及结构形状可调的目的;通过对纺丝液成分、凝固浴组成、绿色无毒聚电解质材料以及后续还原等处理条件的筛选组合,以期达成一步法批量化、连续化构筑绿色安全的石墨烯纤维状柔性超级电容器的最终目标,并对石墨烯纤维材料的组成和结构、电解质种类和线性电容器组装形式等与纤维状超级电容器性能之间的关系进行深入探究,为线性超级电容器未来走向实际应用提供一定的技术和理论支持。发表相关论文13篇,申请相关专利6项。

项目成果

期刊论文数量(13)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(7)
Scalable fabrication of printed Zn//MnO(2) planar micro-batteries with high volumetric energy density and exceptional safety.
可扩展制造具有高体积能量密度和卓越安全性的印刷 Zn//MnO2 平面微型电池
  • DOI:
    10.1093/nsr/nwz070
  • 发表时间:
    2020-01
  • 期刊:
    National science review
  • 影响因子:
    20.6
  • 作者:
    Wang X;Zheng S;Zhou F;Qin J;Shi X;Wang S;Sun C;Bao X;Wu ZS
  • 通讯作者:
    Wu ZS
Ultrahigh-voltage integrated micro-supercapacitors with designable shapes and superior flexibility
具有可设计形状和卓越灵活性的超高电压集成微型超级电容器
  • DOI:
    10.1039/c8ee02924e
  • 发表时间:
    2019-05-01
  • 期刊:
    ENERGY & ENVIRONMENTAL SCIENCE
  • 影响因子:
    32.5
  • 作者:
    Shi, Xiaoyu;Pei, Songfeng;Bao, Xinhe
  • 通讯作者:
    Bao, Xinhe
2D mesoporous MnO2 nanosheets for high-energy asymmetric micro-supercapacitors in water-in-salt gel electrolyte
用于盐包水凝胶电解质中高能不对称微型超级电容器的二维介孔MnO2纳米片
  • DOI:
    10.1016/j.ensm.2018.12.022
  • 发表时间:
    2019-03-01
  • 期刊:
    ENERGY STORAGE MATERIALS
  • 影响因子:
    20.4
  • 作者:
    Qin, Jieqiong;Wang, Sen;Wu, Zhong-Shuai
  • 通讯作者:
    Wu, Zhong-Shuai
High-Voltage Aqueous Planar Symmetric Sodium Ion Micro-Batteries with Superior Performance at Low-Temperature of -40ºC
-40℃低温下性能优越的高压水系平面对称钠离子微电池
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Nano Energy
  • 影响因子:
    17.6
  • 作者:
    Wang Xiao;Huang Huijuan;Zhou Feng;Das Pratteek;Wen Pengchao;Zheng Shuanghao;Lu Pengfei;Yu Yan;Wu Zhong-Shuai
  • 通讯作者:
    Wu Zhong-Shuai
One-Step Scalable Fabrication of Graphene-Integrated Micro-Supercapacitors with Remarkable Flexibility and Exceptional Performance Uniformity
具有显着灵活性和卓越性能均匀性的石墨烯集成微型超级电容器的一步可扩展制造
  • DOI:
    10.1002/adfm.201902860
  • 发表时间:
    2019-12-12
  • 期刊:
    ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS
  • 影响因子:
    19
  • 作者:
    Shi, Xiaoyu;Zhou, Feng;Bao, Xinhe
  • 通讯作者:
    Bao, Xinhe

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其他文献

GNSS载波相位整数等变估计及其PPP性能提升算法
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
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    吴忠帅
猝发混合扩频水声隐蔽通信技术
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    声学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    周锋
  • 通讯作者:
    周锋

其他文献

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周锋的其他基金

3D打印石墨烯基材料及其准固态微型超级电容器性能调控
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    22379144
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相似国自然基金

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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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