《水溶液可充鋰電池電極材料的研究》是依託復旦大學，由吳宇平擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：水溶液可充鋰電池電極材料的研究
- 依託單位：復旦大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：吳宇平
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
隨著我國經濟的進一步發展，能源缺口日益加劇，有必要提高能源的利用效率和加強環境污染的控制，其中有效的方法之一是採用二次化學電源。水溶液可充鋰電池是一種新興的二次化學電源，具有環保、安全可靠、可以大電流充放電等優點，非常有必要從理論和實踐上對該儲能體系的電極材料進行深入的探索，以進一步提高其性能。本項目擬以一系列化合物如嵌入和摻雜化合物為電極材料，結合理論計算，依賴已有的物理和化學測試方法，深入研究這些化合物的電化學反應過程機理、動力學過程、結構穩定性和電極界面的變化；探索新的製備方法，研究製備方法與材料電化學性能的關係；並借鑑和採用已有的表面改性和新型製備方法，提高電極材料在水溶液中的結構穩定性，抑制析氫和析氧行為，提高工作電壓和容量密度，改善循環性能，為水溶液可充鋰電池的進一步發展奠定良好的理論基礎。
結題摘要
水溶液可充鋰電池(簡稱為“水鋰電”)誕生於1994年，雖然當時熱了一會，但是由於循環性能較差，便“銷聲匿跡”。該體系具有良好的安全、綠色等優點，自我們在2007年年初在《德國套用化學》上面發表了1篇文章後，又成為了電壓的熱點之一。自此我們連續4次申請，終於在2010年獲得了國家基金委的批准，這也是我國首個專門針對水鋰電的研究項目。經過3年的研究，在三個方面取得了比較大的突破：(1)通過製備方法例如溶膠-凝膠法、模板法、水熱法的探索，得到了多種結構的正極材料，在電化學性能方面取得了大的突破，例如大電流充放電能力，LiMn2O4納米管可以快到6秒鐘充電到54%的水平，循環性能有了顯著的提升，大孔LiMn2O4可以在100%DOD下充放電1萬次，容量保持率達93%；(2)發現V2O5、MoO3等材料可以作為水鋰電的負極材料，採用聚吡咯包覆後，由於包覆層可以防止電荷密度高的釩離子發生溶解，具有良好的循環性能，同時聚吡咯的導電性能也顯著提高了倍率性能；(3)將金屬鋰用凝膠聚合物電解質和固體LISICON膜包覆後，在水溶液中具有良好的穩定性，能夠發生鋰的溶解和沉積，與傳統的水鋰電正極材料如LiCoO2、LiMn2O4、LiFePO4等組成新型的水鋰電(第二代水鋰電)，平均放電電壓超過4V，突破了水的分解電壓，且充放電效率除首次外達到100%，計算的能量密度高於同類型的鋰離子電池。這些方面的成果獲得同行的高度認可，審稿人或者引用者用“significant”和“pioneering”等術語進行描述，2013年新加坡的ICMAT特意邀請本項目負責人作45分鐘的主題報告。部分成果已發表了29 篇SCI 論文，其中有2篇被Energy Environ. Sci.和1篇被RSC Adv.評為閱讀量最多的文章，還有1篇被Energy Environ. Sci.評為特色文章；24篇文章的IF大於3，且其中5篇IF大於10；出版著作1本。申請了4項發明專利，其中1項在申請PCT。參加國際、國內會議10人次，主辦國際會議2次。培養畢業的博士生2名和碩士生4名。
