多酸-离子液体核壳结构复合材料作为Li-CO2电池正极的应用探索
批准号:
22071109
项目类别:
面上项目
资助金额:
63.0 万元
负责人:
李顺利
依托单位:
学科分类:
元素化学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
李顺利
中文摘要
Li-CO2电池具有较高的放电电位和理论能量密度以及潜在的处理CO2的价值,被认为是下一代新型电池候选者。但是,Li-CO2电池存在着CO2还原和析出反应极化大、Li+和CO2扩散慢、可逆性差和循环容量衰减等问题。特别是CO2还原和析出反应中CO2的活化、还原以及碳酸锂氧化等动力学缓慢的步骤,限制了电池性能的提高。多酸具有优异的多电子氧化还原特性和结构可调性,能够潜在应用于催化这些关键决速步骤,是Li-CO2电池正极材料的候选。但是多酸的导电性或稳定性较差限制了其应用。本项目将选择离子液体和多酸复合制备多酸-离子液体核壳结构复合材料,离子液体为壳能够有效增强多酸稳定性并提供导电性而多酸为核能够提供催化中心。这类材料可以进一步溶解负载在导电和多孔基底上并作为正极材料,有效催化电池反应决速步骤以提高电池性能。本项目将围绕着这类材料研究Li-CO2电池存在着的难点,拓展多酸在该领域的应用。
英文摘要
Li-CO2 battery is considered as one of the candidates for the next generation of new battery, which is due to its high discharge potential, theoretical energy density and potential value in CO2 treatment. However, Li-CO2 battery still faces problems like large reaction polarization, slow diffusion efficiency of Li+ and CO2, poor reversibility and cycle capacity attenuation. Especially for slow rate reactions like the activation or reduction of CO2 and oxidation of lithium carbonate, they are rate-determining steps that limit the increase of battery performances. Polyoxometalates have tunable structures and excellent multi-electron redox properties have potential in catalysis of these rate-determining steps, which might serve as promising candidate as cathode materials for Li-CO2 battery. However, polyoxometalates have bottlenecks like poor conductivity or low stability, which will largely limit their applications as cathode materials. Therefore, this project will select ionic liquid and polyoxometalates to prepare polyoxometalate/ionic liquid core-shell composites, in which ionic liquid as the shell can stabilize polyoxometalate and enhance conductivity while polyoxometalates as the core can provide catalysis centers. This kind of crystalline materials can be further dissolved and loaded onto conductive and porous substrates, which can serve as powerful cathode materials in catalysis of the rate-determining steps. This project will focus on these crystal materials to treat the problems existed in Li-CO2 battery and expand the application area of polyoxometalates in Li-CO2 battery.
Li-CO2电池因其高理论能量密度(1876 Wh kg-1)和利用CO2作为活性物质的独特优势,是应对环境与能源危机的新兴电池技术之一。本项目研究的核心思路是探索新型正极材料以提升Li-CO2电池性能。最初设计的多酸-离子液体核壳结构复合材料由于导电性及稳定性难以满足实际需求,研究方向调整为晶态多孔材料的开发与应用。晶态多孔材料因其结构明确、可调控性强,在Li-CO2电池中表现出优异的催化性能。.在研究过程中,我们合成了一系列MOFs和COFs材料,研究了其在Li-CO2电池中的性能表现和反应机理,包括开发光辅助Li-CO2电池正极催化剂,显著提升了电池的能量转化效率。同时,将研究范围拓展至锂硫电池隔膜和粘结剂,以及锌水系电池负极保护层,显著改善了相关电池的离子迁移效率和循环寿命。.通过原位表征与密度泛函理论(DFT)计算等手段,我们深入解析了晶态多孔材料在电化学反应中的作用机制,为后续材料设计提供了理论支持。承担项目以来,团队围绕晶态多孔材料在储能领域的应用探索,取得了以下成果。发表标注项目号的高水平研究论文41篇,通讯作者论文5篇,包括Angewandte Chemie-International Edition、Advanced Materials、Advanced Functional Materials等期刊,8篇论文入选ESI高被引文章。.项目实施过程中尽管取得了诸多创新成果,但也发现材料规模化制备和器件集成应用方面仍有提升空间。下一步将重点优化晶态多孔材料的合成工艺,进一步推动研究成果的实际转化。.本项目为Li-CO2电池及相关储能技术的发展提供了重要的理论依据和实验基础,为晶态多孔材料的研究与应用开辟了新的方向。
多酸-离子液体核壳结构复合材料作为Li-CO2电池正极的应用探索
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批准号:--
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项目类别:--
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资助金额:63万元
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批准年份:2020
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负责人:李顺利
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依托单位:
多酸-导电聚合物/石墨烯多孔杂化材料的一锅合成及超级电容性能研究
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批准号:21471080
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项目类别:面上项目
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资助金额:90.0万元
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批准年份:2014
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负责人:李顺利
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依托单位:
国内基金
海外基金