碱金属Na/K离子快速传输的关键电极材料及电池应用
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中文摘要
虽然锂离子电池已取得巨大的商业成功,但受锂资源短缺、价格高、锂枝晶安全隐患等制约。Na、K与Li同族,性质相似,原料便宜易得,发展基于Na、K元素的可充电池体系对于电网储能等规模应用具有重要战略意义。相对于Li,Na和K离子尺寸大,固相扩散阻力大,如何实现它们的大容量储存和快速传输是挑战。本项目将可控制备富含Fe、Mn、Ni、Cu等廉价过渡金属、具有双钙钛矿、烧绿石和聚阴离子型无机正极材料(Na(K)xA2B2O6,Na(K)xA2B2O7,Na(K)xM[P(S)O4]y)和新型共轭羰基有机电极材料,调控其化学组成和精细结构,认识电荷储存与传输规律,揭示电极结构演变与性能衰退机制,实现Na+/K+的扩散系数达到10-10 cm2/s、无机正极比容量≥200 mAh/g,有机正极比容量≥500 mAh/g,负极比容量200~400 mAh/g,提升钠/钾离子电池的能量/功率密度和循环寿命。
英文摘要
Although Li-ion batteries have gained great success in the global market, they are plagued by the limited lithium resources, high cost, and Li dendrite related safety issues. In the same group with Li, Na and K share similar chemical properties and their resources are cheaper. Batteries based on Na and K ions are crucially important for the development of smart electricity grids. In comparison with Li+, Na+ and K+ ions have larger radius and higher transport resistance. How to realize energy storage with large capacity and fast transport of ions in electrodes is the great challenge. This project will focus on the design and controllable syntheses of inorganic cathodes rich with Fe, Mn, Ni or Cu in a structure of double perovskite (Na(K)xA2B2O6), pyrochlore (Na(K)xA2B2O7), or polyanions,(Na(K)xM[P(S)O4]y),and new organic-inorganic hybrid materials with abundant conjugated carbonyls; tuning the chemical composition and fine structure; exploring the relationship of charge storage with transport; elucidating the structure evolution of electrode and mechanism of battery performance decay; realizing the diffusion of Na+/K+ to reach 10-10 cm2/s and the storage capacity of ≥200 mAh/g for inorganic cathodes, ≥500 mAh/g for organic cathodes, and 200~400 mAh/g for anodes; and eventually, improving the energy/power densities and the lifespan of the sodium- and potassium-ion batteries.
期刊论文列表
专著列表
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DOI:10.1039/d1sc06745a
发表时间:2022-03-24
期刊:Chemical science
影响因子:8.4
作者:Lu Y;Li L;Zhang Q;Cai Y;Ni Y;Chen J
通讯作者:Chen J
DOI:10.1002/anie.202214717
发表时间:2022-12-02
期刊:ANGEWANDTE CHEMIE-INTERNATIONAL EDITION
影响因子:16.6
作者:Fang, Hengyi;Gao, Suning;Li, Fujun
通讯作者:Li, Fujun
DOI:10.1021/jacs.3c00117
发表时间:2023-04
期刊:Journal of the American Chemical Society
影响因子:15
作者:Zhonghan Wu;Youxuan Ni;Sha Tan;E. Hu;Lunhua He;Jiuding Liu;Machuan Hou;Peixin Jiao;Kai Zhang;F. Cheng;Jun Chen
通讯作者:Zhonghan Wu;Youxuan Ni;Sha Tan;E. Hu;Lunhua He;Jiuding Liu;Machuan Hou;Peixin Jiao;Kai Zhang;F. Cheng;Jun Chen
DOI:10.1002/adma.202209985
发表时间:2022
期刊:Advanced Materials
影响因子:--
作者:Zhimeng Hao;Yufeng Zhang;Zhenkun Hao;Geng Li;Yong Lu;Song Jin;Gaojing Yang;Sihan Zhang;Zhenhua Yan;Qing Zhao;Jun Chen
通讯作者:Jun Chen
Morphology tuning of inorganic nanomaterials grown by precipitation through control of electrolytic dissociation and supersaturation
通过控制电解离解和过饱和来调节沉淀生长的无机纳米材料的形态
DOI:10.1038/s41557-019-0298-6
发表时间:2019-08-01
期刊:NATURE CHEMISTRY
影响因子:21.8
作者:Lai, Wei-Hong;Wang, Yun-Xiao;Dou, Shi-Xue
通讯作者:Dou, Shi-Xue
高能量密度醌类有机正极材料精准合成及锂电池应用
- 批准号:--
- 项目类别:国际(地区)合作与交流项目
- 资助金额:278万元
- 批准年份:2020
- 负责人:陈军
- 依托单位:
小鼠胚胎干细胞维持及神经分化过程中Sox2增强子染色质高级结构动态变化及其功能研究
- 批准号:31701284
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:25.0万元
- 批准年份:2017
- 负责人:陈军
- 依托单位:
Fe、Co、Ni超细纳米结构制备与催化放氢研究
- 批准号:51371100
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:85.0万元
- 批准年份:2013
- 负责人:陈军
- 依托单位:
新型锂电池多电子反应锰基电极材料研究
- 批准号:21231005
- 项目类别:重点项目
- 资助金额:300.0万元
- 批准年份:2012
- 负责人:陈军
- 依托单位:
镁二次电池新型电极材料研究
- 批准号:20873071
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:35.0万元
- 批准年份:2008
- 负责人:陈军
- 依托单位:
纳米Mg2FeH6的制备与储氢机理研究
- 批准号:50771056
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:32.0万元
- 批准年份:2007
- 负责人:陈军
- 依托单位:
直接甲醇燃料电池阳极新型纳米电催化剂
- 批准号:90406001
- 项目类别:重大研究计划
- 资助金额:24.0万元
- 批准年份:2004
- 负责人:陈军
- 依托单位:
国内基金
海外基金















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