《水溶液儲鈉聚合物的設計、合成與電化學表征》是依託華中科技大學，由周敏擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：水溶液儲鈉聚合物的設計、合成與電化學表征
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：周敏
- 依託單位：華中科技大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
水溶液鈉離子電池價格低廉、安全性高且環境友好，是一種極具前景的大規模儲能體系。然而，受制於水溶液的電化學視窗以及無機剛性晶格對於體積較大的鈉離子的限制作用，可供選擇的電極材料有限且可逆容量偏低。因此，探尋和發展新型正負極材料是發展水溶液鈉離子電池的一個重要方向。本研究擬利用聚合物柔性骨架對於陽離子的尺寸限制較小，資源豐富且結構多樣，設計合成不同結構的自摻雜聚合物陰極和共軛羰基聚合物陽極，構建全有機水溶液鈉離子電池。具體研究內容包括：在p-摻雜的導電聚合物主鏈上接枝烷基鈉鹽，n-摻雜的導電聚合物主鏈上接枝共軛羰基，分別構建富鈉的聚合物正極體系和貧鈉的聚合物負極體系；通過研究聚合物電極在水溶液鈉離子電池中的電化學行為，探索不同聚合物結構、電解液組分對電化學性質的影響；進一步研究聚合物在水溶液中儲鈉的電化學反應機理，為發展清潔、廉價的全有機水溶液鈉離子電池提供理論基礎知識和技術支持。
結題摘要
水溶液鈉離子電池資源豐富、價格低廉、環境友好，在規模儲能領域極具套用前景。聚合物材料結構多樣、化學可控性強，對陽離子的限制較小，基於聚合物構建的水溶液鈉離子電池在資源與成本上極具優勢。本項目圍繞以聚合物為電極材料的（水溶液）鈉離子電池而展開，設計合成了一系列結構穩定、理論容量高的聚合物材料，如導電聚合物（聚苯胺、聚吡咯、聚並苯）、羰基化合物（聚醯亞胺、聚氨基蒽醌）等，系統地研究了此類聚合物的化學結構與儲鈉性能的構效關係。進一步結合理論模擬以及分子設計，構建亞鐵氰根摻雜的聚苯胺（PAn），二苯胺磺酸鈉摻雜的聚吡咯（PPy/DS）兩種水溶液儲鈉正極體系以及聚醯亞胺、多活性聚氨基蒽醌兩類水溶液儲鈉負極體系。結合正負極容量匹配、電解液匹配以及庫倫匹配的原理，構建了1~2套具有實用價值的水溶液鈉離子電池體系。進一步通過非原位表征手段分析了聚合物的儲鈉反應過程的結構變化與反應機理，為進一步發展清潔廉價且高性能的儲能材料與器件提供了理論指導與技術支持。
