《鎳微片包覆鐵基納米顆粒的可控構築及其儲能特性研究》是依託西南大學，由朱建慧擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：鎳微片包覆鐵基納米顆粒的可控構築及其儲能特性研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：朱建慧
- 依託單位：西南大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
因儲量豐富、價格低和污染小等優勢，鐵基納米晶是一類頗有商用競爭力的儲能負極材料。利用碳修飾改性鐵基納米材料已取得較大進展，但仍存在加工繁瑣和能耗高等問題。基於此，本項目擬構築一種超薄金屬鎳薄膜改性鐵基材料的新型納米結構，以提升儲能器件的能量/功率密度等綜合性能。具體研究工作如下：通過簡單易控的電化學原位還原法，製備鎳包覆鐵基納米顆粒(Fe2O3@Ni)的複合框架結構，探究其異質結的層級間作用和鎳薄膜的形成機制，闡明該金屬薄膜的一般性生長規律。系統研究電極結構與儲能特性之間的關係，結合材料的電子傳導與離子輸運特性分析電極的反應動力學，揭示其界面特性和微觀結構與儲能反應之間的構效關係；調控金屬薄膜的厚度、核殼質量比等結構參數，以最佳化的Fe2O3@Ni結構為負極，實現大能量/功率密度的混合型儲能器件。本項目的實施可為鐵基納米材料儲能套用的基礎研究和關鍵技術發展提供重要的科學依據。
結題摘要
本項目旨在探究異質界面的演化生長機制，實現鐵基材料複合結構的可控構築；並從反應動力學的角度研究鐵基材料電化學儲能機制，揭示其微觀結構與儲能特性之間的構效關係，進而提出一些鐵基材料修飾改性的可行性方案。在該項目的支持下，我們設計合成了一系列鐵基複合納米結構，並將其套用於電化學儲能器件，具體工作包括：（1）以化學氣相還原法成功實現了碳殼包覆金屬Fe納米顆粒的複合結構，通過對複合結構的生長機理及不同碳殼成形的關鍵影響因素的探究，得出了碳包覆Fe顆粒可控構築的條件；研究了不同Fe/C複合結構的電化學反應過程，找出了影響其電化學儲能性能的關鍵參數。（2）巧妙設計了碳包覆其他鐵基材料（包括Fe3O4，FeF3）的複合結構，通過對其演化過程的探究找到了影響複合材料生長的關鍵因素，掌握了複合結構可控構築的手段；並進一步地探究了Fe3O4/C及FeF3/C的電化學反應過程，明確了複合材料的微觀結構與儲能特性之間的構效關係。（3）實現了碳包覆FeS2結構（FeS2@C）的可控構築，以非原位XRD、SEM等手段探究了FeS2@C複合結構在電化學反應過程中的相變過程，明確了FeS2@C的電化學反應機制及導致其容量衰減的主要誘因，提出了改善FeS2材料電化學儲能特性的相關手段。綜上所述，通過對鐵基材料複合結構生長/演化過程的分析及其在電化學反應過程中的電子傳導、離子輸運特性的探究，揭示了該類材料在電化學儲能套用中的相關科學問題。此外，本項目還從綠色環保的角度出發，選用廉價原材料或簡單製備手段設計開發了一些新型碳基/硫基複合材料，並分析了其在電化學儲能過程的反應機制，提出了提升碳基/硫基材料電化學性能的方法。這些研究工作的積累將為鐵基材料的進一步發展套用及新型全電池體系的研發設計提供了重要的參考價值。
