高强度、高孔容三维连续多孔铜膜集流体的可控设计及高密度复合储能研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51801136
  • 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:
    E0108.金属能源与环境材料
  • 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

Reducing the lithium ion and electron transport path and improving the mass loading of active materials in the electrodes are keys to large-scale application of the nanoscale electrode materials toward high energy density lithium ion batteries (LIBs). This project takes copper current collector as the research object, studying on the mechanism of nonsolvent induce phase separation method (NIPS) and combining with sintering technology, achieving controllable preparation of continuous three-dimensional (3D) porous copper membrane with high strength and high pore capacity, and high density energy storage composite electrode will be obtain by attaching nanoscale active materials and combining of rolling technique. In this project, we mainly focuses on the study of 3D structure formation mechanism of organic-metal membrane and structure inheritance mechanism of copper membrane molding; exploring of the regulation mechanism of the experimental parameters on pore capacity, surface characteristics, plastic deformation and interfacial bonding strength of current collector and composite electrode; establishing of the structure-performance model between material structure and electrochemical properties; elaborating the mechanism of continuous 3D porous current collector to improve the energy storage density of electrode. Using this continuous 3D porous copper membrane as current collector, is expected to get high energy density composite electrode with short lithium ion and electron transport path, high space utilization and active material loading amount, good mechanical properties and conductivity, guiding for the fabrication of high energy density storage system for super long endurance.
缩短锂离子和电子在集流体与活性材料之间的输运路径、提高活性材料在电极中的负载量是纳米电极材料规模化应用的关键。本项目以铜集流体为研究对象,通过研究非溶剂致相分离原理并结合烧结技术,实现高强度、高孔容三维连续多孔铜膜的可控制备,并通过负载纳米活性材料结合轧制技术获得高密度复合储能电极。重点研究有机-金属复合膜三维结构成型机制和铜膜成型的结构继承机制;探究实验参数对集流体和复合储能电极的孔容、表面特性、塑性变形及界面结合强度的调控机制;建立材料结构与电化学性能间的构效模型;阐明三维连续多孔集流体对提高电极储能密度的机理。采用该三维连续多孔铜膜为集流体有望获得兼具短的锂离子/电子输运路径、高空间利用率和活性材料负载量、良好的力学性能和导电性的高密度复合储能电极,为发展超长续航能力的高密度储能电源提供借鉴和参考。

结项摘要

本项目面向新兴钠离子电池市场以及现有锂离子电池市场,跨越原有锂离子电池企业生产设备更新的难题,从源头上占领市场先机,为高能量密度高安全性锂/钠离子电池等新型储能系统提供全新的集流体解决方案。基于多孔金属膜的导电性、结构导热性和高效电子/离子输运的原理,解决锂/钠离子电池铜箔集流体无法实现高性能纳米粉体电极材料实用级应用的关键问题。本项目所开发的集流体产品在30-100 μm厚的限制范围被可覆载球磨后的纳米石墨4.4 mg/cm2,其循环稳定性同传统铜箔对纳米粉体电极材料的1 mg/cm2具有显著提升,相比于其他金属集流体产品,更能够满足新能源汽车等使用对电池的高体积能量密度的需求。基于三维多孔集流体的研究思路,本项目还开发了三维多孔镍、钛集流体基电极材料、纳米多孔合金基电极材料,并研究了活性电极材料的覆载机制,结合理论计算明确了电极材料的电化学的储能机理。另外,基于本项目的研究成果,项目负责人在产业化应用方面做出了初步的探索,以“多孔金属集流体的研发与产业化”为题参加了第一届全国博士后创新创业大赛总决赛创业赛并获得了新能源(含新能源汽车)组优胜奖。

项目成果

期刊论文数量(12)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(3)
Effects of carbon on electrochemical performance of red P and carbon composite as anode for sodium ion batteries
碳对红磷与碳复合钠离子电池负极电化学性能的影响
  • DOI:
    10.1016/j.jmst.2020.08.034
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Journal of Materials Science & Technology
  • 影响因子:
    10.9
  • 作者:
    Zhi-Jia Zhang;Wei-Jie Li;Shu-Lei Chou;Chao Han;Hua-Kun Liu;Shi-Xue Dou
  • 通讯作者:
    Shi-Xue Dou
Double-shelled nanoporous NiO nanocrystal doped MnO/Ni network for high performance lithium-ion battery
用于高性能锂离子电池的双壳纳米孔NiO纳米晶掺杂MnO/Ni网络
  • DOI:
    10.1016/j.electacta.2019.07.053
  • 发表时间:
    2019-10
  • 期刊:
    Electrochimica Acta
  • 影响因子:
    6.6
  • 作者:
    Shaofei Zhang;Zhijia Zhang;Jianli Kang;Qin Huang;Zhenyang Yu;Zhijun Qiao;Yida Deng;Jianxin Li;Wei Wang
  • 通讯作者:
    Wei Wang
Nanosized Si space-confined in 3D porous Cu as anode for high-performance lithium storage
纳米硅空间限制在 3D 多孔铜中作为高性能锂存储的阳极
  • DOI:
    10.1680/jsuin.20.00055
  • 发表时间:
    2020-09
  • 期刊:
    Surface Innovations
  • 影响因子:
    3.5
  • 作者:
    Jiamin Wang;Zhijia Zhang;Shihao Sun;Shen Yuan;Weijie Li;Zhijun Qiao;Zhenyang Yu;Jianli Kang
  • 通讯作者:
    Jianli Kang
Nonsolvent-induced phase separation-derived TiO2 nanotube arrays/porous Ti electrode as high-energy-density anode for lithium-ion batteries
非溶剂诱导相分离衍生的 TiO2 纳米管阵列/多孔 Ti 电极作为锂离子电池的高能量密度阳极
  • DOI:
    10.1007/s12598-020-01571-6
  • 发表时间:
    2020-09
  • 期刊:
    Rare Metals
  • 影响因子:
    8.8
  • 作者:
    Zhang Zhi-Jia;Zhao Jun;Qiao Zhi-Jun;Wang Jia-Min;Sun Shi-Hao;Fu Wen-Xing;Zhang Xi-Yuan;Yu Zhen-Yang;Dou Yu-Hai;Kang Jian-Li;Yuan Ding;Feng Yue-Zhan;Ma Jian-Min
  • 通讯作者:
    Ma Jian-Min
NIPS derived three-dimensional porous copper membrane for high-energy-density lithium-ion batteries
NIPS衍生的三维多孔铜膜用于高能量密度锂离子电池
  • DOI:
    10.1016/j.electacta.2019.04.151
  • 发表时间:
    2019-07-20
  • 期刊:
    ELECTROCHIMICA ACTA
  • 影响因子:
    6.6
  • 作者:
    Guan, Xinxin;Zhang, Zhijia;Kang, Jianli
  • 通讯作者:
    Kang, Jianli

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其他文献

Method for compounding ZnV2O6 and Zn2V2O7 micro-nano-material with high temperature solid state method and use thereof
高温固相法复合ZnV2O6和Zn2V2O7微纳米材料的方法及其应用
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    --
  • 发表时间:
    2011
  • 期刊:
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    孙嬿;李春生;姚维学;宋大卫;张绍岩;马雪刚;王莉娜;张志佳;王耀祖;宋明阳;马培娟
  • 通讯作者:
    马培娟
基于直方图匹配的虹膜偏色图像校正方法研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    电子设计工程
  • 影响因子:
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  • 作者:
    张志佳
  • 通讯作者:
    张志佳
非接触式在线掌纹识别模拟系统的实现
  • DOI:
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  • 期刊:
    计算机测量与控制
  • 影响因子:
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  • 作者:
    桑海峰;刘芳;苑玮琦;张志佳
  • 通讯作者:
    张志佳

其他文献

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磁性原子调控三维铜基硅/碳电极碳层电子结构及界面传质研究
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    面上项目
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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

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          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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