《多級結構MoO3/TiO2納米複合氧化物設計合成及電化學儲能研究》是依託上海電力大學，由彭怡婷擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：多級結構MoO3/TiO2納米複合氧化物設計合成及電化學儲能研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：彭怡婷
- 依託單位：上海電力大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
可持續、污染輕的電化學儲能轉化裝置是解決能源危機和生態環境惡化最有效的核心技術之一。隨著先進儲能裝置的代表鋰離子電池和超級電容器的發展，對電極材料提出了更高的性能要求。由於傳統單一電極材料存在諸多問題，金屬氧化物基納米複合材料成為目前研究熱點。前期研究中，我們成功設計了不同金屬氧化物/碳納米複合材料，有效提高了儲能裝置的功率密度和循環壽命。本申請擬在此基礎上進一步提高電極容量，引入MoO3作為導電組元，依據鋰化過渡金屬氧化物具有高導電性和快速的鋰離子遷移率的特性，採用噴霧熱解法設計合成具有多級結構的MoO3/TiO2納米複合材料。闡明不同合成條件對構建多級結構的影響機制；最佳化組元配比，揭示充放電過程中嵌鋰氧化物對複合電極導電擴散行為的影響；並嘗試採用原子層沉積技術構建Al2O3膜共形的MoO3/TiO2電極，實現電極在大電流下的高容量、長效循環穩定性及安全可靠性。
結題摘要
先進的電化學儲能轉化器件對目前的電極材料提出了越來越高的性能要求，過渡金屬氧化物由於具有多元化的結構能夠廣泛的套用於根據不同的儲能器件(如高性能的鋰離子電池和超級電容器)。設計合成具有高容量和高功率的金屬氧化物基納米複合材料，已成為目前的研究熱點。本項目設計構建了一系列具有多級結構的介孔氧化物複合材料，該複合材料由具有不同功能組元的過渡金屬氧化物構成。這些功能性組元不僅加快了電極動力學從而提高離子傳輸效率，增強界面和電極的結構穩定性，還能通過不同組元之間的協同效應及性能的相互補償賦予電極材料新性能。通過最佳化組元配比、調變晶體結構及形貌等方法可以構建多種納米複合結構，深入理解不同前驅體和結構導向劑對結構形貌和空隙的影響機制。項目實施期間，我們首次噴霧法製備的MoO3/TiO2複合電極利用ALD技術，在鋰電套用中呈現高容量和優異的循環壽命；為了增強複合材料的結構穩定性，首次利用簡單的原位生長工藝，成功地合成了多維度高晶介孔的TiO2複合結構，能夠提供偏於離子和電子傳導的路徑，以及豐富的表面活性位點，因而賦予氧化物複合電極材料高容量，高倍率及在適合電壓視窗下的超長循環穩定性。此外，還基於生物材料結構的啟發和嵌鋰LiMoO3的高導電性，首次設計合成了一種具有混合質子-電子的導體含水氧化鎢材料，具有快速充放電倍率，可套用於超級電容器中呈現超長的循環壽命(五萬次循環，容量幾乎無衰減)。我們希望這些工作所提供的策略能夠延伸進更多類型、結構組成可控的過渡金屬氧化物複合結構的設計理念，將來構建具有高能量密度、高功率密度和長循環壽命的電化學儲能轉化裝置開闢一個新的方向。該項目通過實施，本人負責項目的設計、具體實施和論文的撰寫已在Chem. Commun.、Nano Energy和Nano Letter等國際主流有影響的學術刊物上發表了相關工作4篇學術論文，其中SCI收錄4篇。
