《釩氧化物納米線的可控制備、儲鎂性能與機制》是依託武漢理工大學，由安琴友擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：釩氧化物納米線的可控制備、儲鎂性能與機制
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：安琴友
- 依託單位：武漢理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
開發基於納米材料的高性能、低成本、綠色化的鎂電池是新能源技術和納米技術的交叉和前沿。本項目擬基於材料設計，結合模板法、濕化學法、靜電紡絲技術等製備高性能釩氧化物納米線，並以其作為正極材料組裝鎂電池和單根納米線器件。表征釩氧化物納米線的物相、形貌、界面結構、元素化學環境、光譜特徵等，原位測試納米線的電輸運與本徵電化學性能。研究材料結構、層間距、界面、比表面積、小極化子分布、協同效應與鎂離子擴散、電子傳輸、電壓極化、充放電、循環可逆性等的相互關係，揭示載流子傳輸與鎂電池性能劣化的內在聯繫。通過材料的可控生長、均勻摻雜、性能調控等提高納米線的脫嵌鎂性能，為新型高性能鎂電池的探索與開發奠定科學基礎。
結題摘要
開發新型高能量密度、低成本並能提供快速鎂離子擴散的正極材料是鎂電池研發的科學難點和重要挑戰。我國釩資源儲量豐富，約占全球儲量的34%，並且釩氧化物作為電極材料時可以提供多個電子的轉移，表現出較高的理論容量，因此開發具有優異儲鎂性能的釩氧化物正極材料對我國礦產資源的高效利用和鎂電池的發展具有重要的現實意義和經濟意義。 本項目在2017年至2019年設計開發了多種釩氧化物納米線材料，並系統研究了其作為鎂基電池正極時的儲鎂性能與存儲機制，相關代表性工作列舉如下：（1）通過水熱合成的方法構築了鎂摻雜的雙層五氧化二釩（Mg0.3V2O5·1.1H2O）納米線結構，其展示出優異的鎂離子存儲性能（4 A g-1的大倍率下容量依然高達50 mAh g-1，經過10000次循環容量保持率為80%），利用原位XRD、XANES、FT-EXAFS、MAS NMR等測試技術系統研究了納米線結構、鎂摻雜及層間水對鎂離子存儲機理的影響；（2）以H2V3O8納米線為前驅體，通過Li+, Na+, K+離子對H離子的替換，成功合成了LiV3O8, NaV3O8, KV3O8納米線材料，並基於結構分析、電化學性能對比以及DFT計算，深入探究了Li+, Na+, K+三種離子的預嵌入對釩氧化物納米線結構、儲鎂性能的作用；（3）首次將過渡金屬離子（Mn2+）預嵌入到水合五氧化二釩的結構中，製備了Mn0.04V2O5·1.17H2O納米帶結構，將其作為鎂離子電池正極時，在0.05 A g-1的電流密度下，其放電比容量高達145 mAh g-1，並且經過100次循環容量無明顯衰減；在2 A g-1的大倍率下，經過10000次充放電循環後容量保持率高達82%，同時，利用多掃速CV、原位XRD、非原位TEM、XPS等測試技術對鎂離子的存儲機理進行了詳細探究。 本項目的研究對釩氧化物納米線的可控制備、高性能鎂電池的發展及其機理探究提供了重要的科學依據。
