项目名称: 从Li-O2电池到Li-CO2电池:反应机理的计算研究与正极催化剂的设计

项目编号: No.21473094

项目类型: 面上项目

立项/批准年度: 2015

项目学科: 数理科学和化学

项目作者: 周震

作者单位: 南开大学

项目金额: 86万元

中文摘要: 电动汽车和智能电网等对储能技术提出了更高的要求,急需发展Li-空气电池等新的储能体系。本申请通过密度泛函理论(DFT)计算和分子动力学(MD)模拟与实验相结合,深入研究Li-O2和Li-CO2电池空气正极反应过程中涉及的基本物理化学问题,探索O2和CO2还原和析出反应的电催化机理,设计基于碳纳米材料与过渡金属或其氧化物纳米颗粒的复合催化剂,提高Li-O2电池的电化学可逆性和循环稳定性,揭示CO2对Li-O2电池反应的影响,克服从Li-O2电池过渡到Li-空气电池的关键障碍。同时揭示Li-CO2电池的电化学反应机理并设计催化剂改善其动力学性能,将CO2用作储能体系,为温室气体CO2的回收和利用提供新思路。

中文关键词: 密度泛函理论;分子动力学模拟;电催化;Li-O2电池;CO2

英文摘要: Increasing requirements are needed for energy storage technology from electric vehicles and smart grids, and it is urgent to develop new energy storage systems such as Li-air batteries. In this proposal, by combining density functional theory (DFT) computations and molecular dynamics (MD) simulations with experiments, we aim to deeply investigate the fundamental physical chemical problems involved in the air cathode processes of Li-O2 and Li-CO2 batteries, explore the electrocatalytic mechanisms about the reduction and evolution reactions of O2 and CO2, design composite catalysts based on carbon nanomaterials and transition metal or oxide nanoparticles, improve the electrochemical reversibility and cyclic stability of Li-O2 batteries, clarify the effects of CO2 on the cell reactions, and overcome the key barriers from Li-O2 batteries to Li-air batteries. Also, we would elucidate the electrochemical reaction mechanism of Li-CO2 batteries, and design catalysts to enhance the kinetic performances, so as to realize the application of CO2 to energy storage devices, and provide a new strategy for the recycle and reuse of the greenhouse gas CO2.

英文关键词: Density Functional Theory;Molecular Dynamics Simulations;Electrocatalysis;Li-O2 Batteries;CO2

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