《導電高分子正極材料的紙電池研究》是依託南京大學，由潘力佳擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：導電高分子正極材料的紙電池研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：潘力佳
- 依託單位：南京大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
紙電池具有體積小、重量輕、對環境低污染的優點，而且其全固態、柔性薄膜結構的特點使其良好兼容於便攜顯示器件的集成製造和套用要求。本課題基於我們前期研發的大面積柔性自支撐聚苯胺納米結構薄膜製備方法，構造鋰離子紙電池。相對於導電高分子塊體材料，導電高分子納米材料在鋰電池領域將會有更高的性能，因為其獨特的納米尺寸效應：（1）高導電率;（2）大比表面積;（3）短的離子輸運長度;（4）更好地釋放電化學氧化還原過程中材料膨脹和收縮產生的應力，改善電化學循環壽命;（5）重量輕，具有更高的比功率。採用導電高分子低維結構作為電極材料可有效提高鋰離子紙電池器件的性能和實現柔性化。本課題將嘗試製備以柔性自支撐聚苯胺納米結構薄膜作為正極材料，石墨烯作為負極材料的鋰離子紙蓄電池，探索此類器件中低維電活性高分子電輸運與離子輸運的物理本質，發現提高鋰離子紙電池性能的可能途徑，為鋰離子紙電池的套用提供科學依據和技術基礎。
結題摘要
項目執行過程中發表包括Nature Communications、PNAS、Energy & Environmental Science、ACS Nano等著名學術期刊在內的SCI論文24篇，授權國家發明專利4項、申請國際發明專利1項美國專利2項。研究進展如下：1）石墨烯/無機納米複合結構材料及其鋰離子電池電極性能研究；石墨烯是世上最薄也是強度最高的納米材料 ，常溫下其電阻率只有約10-6Ω•cm，比銅或銀更低，為世上電阻率最小的材料，可用在柔性紙狀鋰電池中作為更薄、更輕、電導率更高的電極和集流體材料。然而由於低電化學活性，石墨烯存在容量偏低、不具備穩定放電平台電壓等缺點。我們系統研究了在石墨烯上負載高比容量、具有穩定放電平台的Co3O4、NiO、CuO2、SnS2等介孔無機納米顆粒。柔性石墨烯納米片起到了支撐無機納米結構的作用，有效分散了其在充放電過程中的應力和應變，並提供了良好的導電通道，而無機材料起到提高比容量和穩定放電平台電壓的作用。介孔結構也有益於充放電過程中的離子的傳輸。所研究負載在柔性集流體上的材料具有高比容量、高速率放電性能和優良的循環穩定性等。2）鑲嵌矽納米顆粒導電高分子水凝膠的高性能鋰離子電池研究；矽作為鋰電池負極材料擁有最高的理論容量（比石墨高10倍）。然而矽在嵌鋰脫鋰過程中的體積膨脹高達4倍，降低了矽顆粒與電極的電學接觸，影響其循環性能。我們採用的方法是將商業化的矽納米顆粒鑲嵌在導電高分子凝膠的三維框架中。導電高分子起到了導電粘接劑的作用，提供了快速的離子和電子傳輸通道，以及矽納米顆粒膨脹的空間，保證了在充放電時矽的大體積形變情況下仍然保持矽顆粒和電極的良好電學接觸。所獲得的電極具有高的比容量和穩定的循環放電性能。實現了2,500 mAh/g的高容量，以及在6C的深度充放電下高達5000次循環而容量只衰減90%的優良鋰電池性能，論文發表於Nature Com.，標明資助。3）新型導電高分子水凝膠及其在超級電容、感測器等領域的套用：我們研究發現通過水凝膠方式可以實現導電高分子材料快速納米化、形成薄膜結構和圖形化。研製的導電高分子凝膠具有優良的超級電容性能及生物感測性能，發表於PNAS 2012，標明資助。研製了基於微空心球結構彈性的導電高分子薄膜的新型高靈敏度壓力感測器。發表於Nature Com. 2014，標明資助。撰寫了相關綜述文章3篇。
