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第一性原理研究ZIF-67/8在锂硫电池中的应用开题报告

 2020-02-10 11:02  

1. 研究目的与意义(文献综述)

锂离子电池(libs)目前被认为是市场上最好的电池,自问世以来便迅速取得了巨大的商业化成功,在便携式二次中小型电池领域占据了绝对的市场优势,这得益于其具有放电电压高、能量密度高、功率密度高、体积小、质量轻等众多优点。近20年来,锂离子电池虽然在比能量、比容量上有所提升,电子产品的尺寸与重量也在逐渐小型化,但是仍不能满足快速增长的市场需求,因此锂离子电池的发展遇到了瓶颈,正在达到改进的极限。同时,国家大力推进电动汽车的发展,而动力电池作为电动汽车的核心部件,将遇到新的机遇和挑战。未来电动车的动力电池能量密度至少要达到500w·h/kg,而目前大规模实用化锂离子电池的能量密度远远达不到这个目标。

锂硫电池(lsbs)由于具有极高的能量密度,是一种理想的下一代储能器件,受到了广泛的关注。锂硫电池主要由锂负极、电解液、隔膜以及硫碳复合正极组成,理论比容量和理论比能量分别达到1672ma·h/g和2600w·h/kg,而且硫在地球中储量丰富、价格低廉、环境友好、无毒无害,因此,锂硫电池在未来动力电池领域具有非常大的发展和应用前景。

然而,锂硫电池目前在实用化的进程中依然面临着许多尚未解决的基础科学问题,阻碍了其进一步的发展。如正极中活性物质多硫化物向电解液中溢出引起的“穿梭效应”、硫分子及其还原产物(li2s 和li2s2)较差的导电能力、电解液的不稳定性、负极锂枝晶的生长等。其中,锂硫电池在放电过程中多硫化物(ps)中间体的溶解是实现长循环寿命的一大障碍。研究表明,在多孔阴极支架内,硫和ps的物理包裹可以部分抑制ps的溶解。比容量高和循环性能好的多孔骨架/硫复合电极材料是锂硫电池的研究重点和热点。探寻具有良好导电网络、高比表面积、合适孔结构和大小的多孔骨架材料,提高硫正极的电化学活性、吸附性能和结构稳定性,实现高载硫量与高利用率的协同,对于高能量密度锂硫电池的发展具有重要的学术价值。金属有机骨架(mofs)是一种具有极高表面积的晶态纳米多孔材料,其结构和组成可以发生广泛的变化。mof微孔的包封性能可以通过ps与配位不饱和金属的化学吸附来增强,是一种很有前途的阴极支撑材料。

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2. 研究的基本内容与方案

基本内容和目标:

(1)研究zif-67和zif-8以及cozn-zif对多硫化锂的束缚作用,以及锂离子在其中的迁移能垒,分析它们锂硫隔膜的潜力。

(2)研究这两种材料的衍生物即zno和coo以及znoamp;coo异质结对多硫化锂的结合能力,并分析锂离子在材料中的迁移能力。分析和对比这三种衍生物作为锂硫正极载体的潜力。

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3. 研究计划与安排

(1)第1-2周:查阅相关文献资料,完成英文翻译。明确研究内容,了解研究所需方法。确定技术方案,并完成开题报告。

(2)第3-4周:按照设计方案构建任务(1)中的结构模型。

(3)第5-9周:完成方案(2-4)中的第一性原理理论计算内容。

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4. 参考文献(12篇以上)

[1] zhang q, wang y, seh z w, etal. understanding the anchoring effect of two-dimensional layered materials forlithium–sulfur batteries[j]. nano letters, 2015, 15(6):3780-3786.

[2] zhong y, xu x, liu y, et al.recent progress in metal–organic frameworks for lithium–sulfurbatteries[j]. polyhedron, 2018.

[3] bai s, liu x, kai z, et al.metal–organic framework-based separator for lithium–sulfur batteries[j]. nature energy, 2016, 1(7):16094.

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