非晶硅薄膜材料的气体氢化行为及其电化学储氢性能研究
批准号:
22065020
项目类别:
地区科学基金项目
资助金额:
40.0 万元
负责人:
罗永春
依托单位:
学科分类:
电能源化学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
罗永春
中文摘要
探索新型高容量负极电极材料是发展高能量密度镍氢电池的关键和基础。最近研究表明,半导体a-Si:H薄膜作为储氢负极材料可在质子型离子液体中获得高达3635mAh/g的电化学可逆放电容量和较好的循环稳定性。然而,该薄膜电极的放电容量和循环稳定性极大地依赖于a-Si:H薄膜的制备、气体氢化条件以及薄膜电极结构等。本项目以磁控溅射沉积法制备P型a-Si1-xAgx(x=0~0.2)薄膜材料为研究对象,拟采用多种实验和分析方法研究薄膜的沉积条件和气态氢化行为等及其对薄膜的微观结构与表面性质、物化性能以及薄膜电极电化学性能的影响规律和内在联系,以期搞清影响薄膜电极放电容量和循环稳定的关键因素,并对a-Si1-xAgx:H薄膜材料的电化学性能进行调控和优化。本项目工作将丰富和发展新型镍氢电池及其高容量负极材料体系的研究,为研发具有实用价值的高容量和长寿命非晶硅储氢电极材料,奠定坚实的实验及理论基础。
英文摘要
Exploring new high capacity negative electrodes material is the key and foundation for the development of high energy density Ni/MH batteries. Recently,the study has shown that amorphous silicon a-Si:H thin film anode, as a hydrogen storage material, can obtain a reversible electrochemical discharge capacity of up to 3635 mAh/g in proton-type ionic liquids, and shows a certain cycle stability. However, the electrochemical properties of the thin-film electrode, especially the discharge capacity and cycle stability, greatly depend on the preparation of a-Si: H thin-film and the thin-film electrode structures. In this project, P-type a-Si1-xAgx (x=0~0.2) thin film will be prepared by magnetron sputtering deposition method, and a variety of experiments and characterization are used to study deposition conditions, gaseous hydrogenation behavior and their effects on the microstructure (Si-H bonding configuration and hydrogen content), surface property, physic-chemical properties and the electrochemical performance of the thin-film electrode, to explore the relationships between the gas hydrogenation behavior with the structural features and electrochemical performances. Finally, the key factors affecting the discharge capacity and cycle stability of the thin film electrode are clarified in order to optimize and improve the electrochemical hydrogen storage performance. The work of this project will enrich and develop the research of new-type nickel-metal hydride batteries and their high-capacity negative electrodes material systems, and lay a solid experimental and theoretical basis for the development of high-capacity and long-life amorphous silicon hydrogen storage electrode materials with practical value.
新型高容量负极电极材料对高能量密度镍氢(Ni/MH)电池的发展起着关键作用。半导体 a-Si:H 薄膜在质子型离子液体中作为储氢负极材料,具备 3635 mAh/g 的高电化学可逆放电容量和良好循环稳定性,但其性能高度依赖于薄膜制备、气体氢化条件及电极结构。本项目通过系统实验测试和分析,研究了磁控溅射沉积条件对a-Si-Ag薄膜形貌、微观结构和膜与衬底结合强度的影响,确立了最佳沉积工艺条件和参数,较为合理和准确地确定了所沉积的活性薄膜的质量(重量),实现了在玻璃、单晶硅和金属Ni衬底上可控制备a-Si-Ag和a-Si-Ge基薄膜,为后续研究和比较薄膜电极材料在离子液体电解质溶液的电化学性能奠定了基础。在此基础上,较为系统地研究了沉积工艺、掺杂Ag与Ge合金化元素、薄膜厚度、气体氢化处理、衬底温度、真空热处理以及[EMIM][Ac]离子液体溶液改性及其添加剂对a-Si-Ag和a-Si-Ge薄膜电极电化学储氢性能及其组装电池性能的影响规律,发现和初步优化出具有良好综合电化学性能及循环稳定性的a-Si基薄膜与电解质溶液的组成。采用分子动力学和密度泛函第一性原理分析了a-Si基材料电化学储氢以及电解质溶液改性的可能微观机制。尝试用普鲁士蓝衍生物作为正极与a-Si负极构成质子型电池,初步研究了Fe基和Ni基普鲁士蓝衍生物电极和电池的电化学储氢(质子)行为和性能。
La-Y-Ni系无镁超点阵结构AB3.0-3.8型多元合金储氢行为及电化学性能研究
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批准号:51761026
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项目类别:地区科学基金项目
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资助金额:40.0万元
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批准年份:2017
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负责人:罗永春
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依托单位:
La0.8Sr0.2Fe1-xMxO3/Pd复合纳米晶薄膜材料的电化学储氢行为研究
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批准号:21063008
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项目类别:地区科学基金项目
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资助金额:27.0万元
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批准年份:2010
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负责人:罗永春
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依托单位:
稀土-镁-镍基A2B7型储氢合金电极容量本征衰减机理和提高循环稳定性研究
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批准号:50941019
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项目类别:专项基金项目
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资助金额:9.0万元
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批准年份:2009
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负责人:罗永春
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依托单位:
国内基金
海外基金