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从Li-O2电池到Li-CO2电池:反应机理的计算研究与正极催化剂的设计

批准号:
21473094
项目类别:
面上项目
资助金额:
86.0 万元
负责人:
周震
依托单位:
学科分类:
化学模拟与应用
结题年份:
2018
批准年份:
2014
项目状态:
已结题
项目参与者:
魏进平、卞锡奎、胡梦、杨梅、张彰、荆宇、吴迪华、张强、陈亚楠

项目摘要

结项摘要

项目成果

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中文摘要
电动汽车和智能电网等对储能技术提出了更高的要求,急需发展Li-空气电池等新的储能体系。本申请通过密度泛函理论(DFT)计算和分子动力学(MD)模拟与实验相结合,深入研究Li-O2和Li-CO2电池空气正极反应过程中涉及的基本物理化学问题,探索O2和CO2还原和析出反应的电催化机理,设计基于碳纳米材料与过渡金属或其氧化物纳米颗粒的复合催化剂,提高Li-O2电池的电化学可逆性和循环稳定性,揭示CO2对Li-O2电池反应的影响,克服从Li-O2电池过渡到Li-空气电池的关键障碍。同时揭示Li-CO2电池的电化学反应机理并设计催化剂改善其动力学性能,将CO2用作储能体系,为温室气体CO2的回收和利用提供新思路。
英文摘要
Increasing requirements are needed for energy storage technology from electric vehicles and smart grids, and it is urgent to develop new energy storage systems such as Li-air batteries. In this proposal, by combining density functional theory (DFT) computations and molecular dynamics (MD) simulations with experiments, we aim to deeply investigate the fundamental physical chemical problems involved in the air cathode processes of Li-O2 and Li-CO2 batteries, explore the electrocatalytic mechanisms about the reduction and evolution reactions of O2 and CO2, design composite catalysts based on carbon nanomaterials and transition metal or oxide nanoparticles, improve the electrochemical reversibility and cyclic stability of Li-O2 batteries, clarify the effects of CO2 on the cell reactions, and overcome the key barriers from Li-O2 batteries to Li-air batteries. Also, we would elucidate the electrochemical reaction mechanism of Li-CO2 batteries, and design catalysts to enhance the kinetic performances, so as to realize the application of CO2 to energy storage devices, and provide a new strategy for the recycle and reuse of the greenhouse gas CO2.
本项目通过计算与实验相结合研究了Li-O2电池和Li-CO2电池的电化学反应机理。基于对反应机理的深刻认识,设计了富氮碳材料及其与金属或金属氧化物纳米颗粒的复合材料等系列空气电极催化剂,显著改善了Li-O2电池综合性能。基于CO2电催化转化机理构筑了可充电Li-CO2电池,探索了石墨烯、碳纳米管及其与金属或金属氧化物纳米颗粒的复合材料用作空气电极催化剂,并尝试了LiBr用作电解液氧化还原介质,引领了CO2储能新体系的深入发展。已发表研究论文13篇和综述3篇,其中7篇发表在Adv. Mater.、Angew. Chem. Int. Ed.等影响因子10以上的期刊。论文发表后被SCI引用400余次,1篇论文进入ESI近10年高被引论文。
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
Binder-free NiFe2O4/C nanofibers as air cathodes for Li-O2 batteries
无粘合剂 NiFe2O4/C 纳米纤维作为 Li-O-2 电池的空气阴极
DOI: 10.1016/j.jpowsour.2017.12.002
发表时间: 2018-02-15
期刊: JOURNAL OF POWER SOURCES
影响因子: 9.2
作者: [Zhang, Xin, Wang, Chengyi, Zhou, Zhen]
通讯作者: Zhou, Zhen
DOI: 10.1002/adfm.201401581
发表时间: 2014-11
期刊: Advanced Functional Materials
影响因子: 19
作者: [Zhang Zhang, Bao Jie, He Chen, Chen Yanan, Wei Jinping, Zhou Zhen]
通讯作者: Zhou Zhen
Metal-CO2 Batteries on the Road: CO2 from Contamination Gas to Energy Source
道路上的金属二氧化碳电池:从污染气体到能源的二氧化碳
DOI: 10.1002/adma.201605891
发表时间: 2017-04-18
期刊: ADVANCED MATERIALS
影响因子: 29.4
作者: [Xie, Zhaojun, Zhang, Xin, Zhou, Zhen]
通讯作者: Zhou, Zhen
Co3O4 Hollow Nanoparticles and Co Organic Complexes Highly Dispersed on N-Doped Graphene: An Efficient Cathode Catalyst for Li-O-2 Batteries
高度分散在氮掺杂石墨烯上的 Co3O4 空心纳米颗粒和 Co 有机配合物:一种高效的 Li-O-2 电池正极催化剂
DOI: 10.1002/ppsc.201400242
发表时间: 2015
期刊: Particle & Particle Systems Characterization
影响因子: 2.7
作者: [Zhang Zhang, Chen Yanan, Bao Jie, Xie Zhaojun, Wei Jinping, Zhou Zhen]
通讯作者: Zhou Zhen
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    基于数据挖掘与机器学习的重要能源转化过程电催化剂的设计与创新
    • 批准号:
      21933006
    • 项目类别:
      重点项目
    • 资助金额:
      300.0万元
    • 批准年份:
      2019
    • 负责人:
      周震
    • 依托单位:
    二维材料电催化还原二氧化碳的构效关系与高效电催化剂的理性设计
    • 批准号:
      91845112
    • 项目类别:
      重大研究计划
    • 资助金额:
      76.0万元
    • 批准年份:
      2018
    • 负责人:
      周震
    • 依托单位:
    金属离子与碳基材料相互作用机制及相应电极材料设计
    • 批准号:
      21773126
    • 项目类别:
      面上项目
    • 资助金额:
      65.0万元
    • 批准年份:
      2017
    • 负责人:
      周震
    • 依托单位:
    无机石墨烯:计算设计、性能预测与应用探索
    • 批准号:
      21273118
    • 项目类别:
      面上项目
    • 资助金额:
      78.0万元
    • 批准年份:
      2012
    • 负责人:
      周震
    • 依托单位:
    国内基金
    海外基金