拟留学研究课题在国内外研究背景
拟留学研究课题在国内外研究背景
研究课题：构建柔性/可拉伸的水系锌离子电池
可穿戴电子的应用领域在日常生活中越来越广泛。现在普遍使用的有智能手表，无线耳机和健身跟踪器。2019年可穿戴设备销售量大约为3亿台，且每年以25%速度增长。今天，可穿戴电子设备不断赋予新的功能来监测人类的健康和行为，比如可穿戴传感器(心电图、脑电图、肌电图、血氧仪和体温计)。 国外实验室已经率先实现功能更为复杂，为下一代的应用设计的可穿戴电子设备[1]。比如: 光治疗，神经调节和电子皮肤等。然而，这些尖端前沿的应用的实现往往依赖于柔性可拉伸储能电子元件与皮肤的紧密接触。在最近几年时间里，电池体系无论在材料和整个器件上已经取得一定的成果和进步[2]。
例如，罗杰斯课题组在柔性/可拉伸锂电池方面做了开创性的工作，在300%拉伸率下能保持相对较低的面容量密度（∼1.1 mAh cm-2）和较低的循环数（20个循环）[3]。另一个典型的例子是崔毅的团队开发的波浪电池，其容量为3.6 mAh cm-2，在拉伸条件下保持100次充放电。该电池具有良好的电化学性能和较长的循环寿命[4]。然而，到目前为止，对于电池各个部位都可拉伸的电池，即本征可拉伸电池，研究甚少，仅有几例本征可拉伸的电池，即不利用微/纳米尺度工程或平面外变形来实现可拉伸性。
下一代可穿戴电子产品与人体皮肤紧密相连，需要柔性可拉伸的储能装置来驱动这些电子产品。目前，与刚性锂离子电池相比，可拉伸储能设备表现出较差的性能，迫使可穿戴设备制造商围绕笨重的电池设计设备。在过去五年中，在组件和设备水平上制造可拉伸电池的技术进步使可拉伸电池得到了持续改进。然而，高能量密度、高安全性和易于制造的柔性可拉伸电池应受到更多的关注。
储能装置的能量密度最终是实现其有效性和适用性的最重要因素之一。对柔性可拉伸的电池体系而言研究者并不提及整个电池的面容量和体积容量，而仅仅提及活性物质载量。这是因为他们的面容量或体积容量都普遍偏低相对于商用化的锂离子电池而言。这对于实际应用是非常不利的。因此，对于可穿戴电子而言，提高面容量尤其是体积容量非常重要。这种设备的高安全性对于可穿戴电子产品也是非常必要的，这比刚性锂离子电池更具挑战性。随着柔性可拉伸电池在材料和器件水平上的不断提高，其成本和可制造性在商业应用中必须得到考虑。制备可靠的柔性可拉伸电池的技术应该是容易获得和商业化的，这有利于其实际应用。近年来，传统锂离子电池的成本大幅下降，在2010年至2018年间下降了5倍多。虽然这种规模很大程度上是由于电动汽车需求的增加，但成本节约无疑将转嫁到消费电子电池上。因此，柔性可拉伸电池将需要高性能和易于制造的特点，以便有机会与现有的刚性电源竞争。
综上所述，赋予柔性可拉伸电池以高能量密度，高安全性以及易加工性对于实现其商业化并应用于未来可穿戴电子设备极其重要，同时与国外有经验的课题组学习，也同样重要。
2 拟选择的留学单位国别、留学单位及选择原因
南洋理工大学（新加坡）
南洋理工大学成立于1955年，是世界顶尖大学之一。在纳米材料、生物材料、功能性陶瓷和高分子材料等许多领域的研究享有世界盛名，为工科和商科并重的综合性大学。其2021年QS世界排名第13, 并且其材料科学与工程学科世界排名第一。本人选择的导师是Qingyu Yan教授，他是电化学学会新加坡分会主席，皇家化学学会研究员。课题组科研氛围浓厚，并取得一系列原创性成果。课题组至今已发表学术论文300余篇，被引27000余次，H因子89。组内主要从事能源储存和转化的研究，包括锂、钠、锌离子和液流电池；热电器件；电催化；磁性材料等。最近，在锌离子电池领域，课题组取得重要进展。并且课题组对柔性可拉伸的水系锌离子这个课题非常感兴趣。本人在研项目和研究方向几乎Qingyu Yan教授一致，此前，通过邮件交流，Qingyu Yan教授且对本人的研究方向和方法和研究方法也非常感兴趣，认为我的课题对它的其他课题也非常有帮助。
3 达到本次出国学习预期目标的可行性，结合本人从事的工作及掌握的专业技术知识说明
在博士期间，本人主要从事电池方面的研究，包括锂、钠和锌离子电池，并且以第一作者身份发表两篇SCI论文，其中一篇关于柔性锂离子用于可穿戴器件的研究论文，对柔性/可拉伸电池这个课题具有一定的借鉴意义和研究基础。并且这个课题本人在国内已经做了一定的研究，发现静电纺丝制备柔性可拉伸电池研究方法可行，对发展可靠的柔性可拉伸电池具有一定的指导意义，因此具有继续研究的必要性。
4 出国学习目的、预期目标、计划、实施方法及所需时间
关于出国学习的目的和预期目标，即学习并掌握本领域最前沿的知识和技术来完成自己的研究课题，提高自身科研素质，开拓国际视野。本项目以研制高能量密度、高安全性的柔性/可拉伸电池和器件研究为目标，预期研制的柔性/可拉伸电池将具有高能量密度和高安全性，同时为电子和离子提供快速传输通道，加快充电/放电动力学过程，缩短充电时间等。并且设计的电池具有很宽的温度适应性，采用静电纺丝技术，设计出电池所有部件都可自由拉伸的电池，将填补我国在相关理论领域的空缺。研制出高能量密度的柔性/可拉伸电池和器件，也可为发展高性能动力电池应用于便携可穿戴设备等提供支持。经过在上海交大的几年博士学习，具有本领域的研究基础，掌握了各种研究方法和思路。将和国内外导师积极沟通，充分利用学术资源，完善自己课题，基本的计划如下：
2021.09-2021.10:对本课题相关的文献进行更加系统性调研和总结；
2021.10-2022.07:完善实验计划和路线，开展进一步研究，制备柔性可拉伸电池；
2022.07-2022.08:数据整理与讨论，撰写实验报告并规划论文。
实施方法：在国外交流学习期间，本人将积极参加各类科研学术活动，互相学习，取长补短，一起研究可变性可拉伸水系锌离子电池的课题。具体安排如下：首先熟悉新环境，包括国外的环境以及实验室的环境，抓住课题的研究重点和难点，理清思路，并在导师的指导下完成实验路线和方法，这个过程需要1个月。实验实施：首先采用静电纺丝的方法制备柔性可拉伸的电极材料和隔膜。其次，锌离子电池器件的制备，摸索最佳工艺，这个过程可能需要10个月；研究总结：研究成果将整理发表在著名国际期刊上，并致谢国家留学基金委，数据处理、总结需要1个月。
5 回国后撰写学位论文，完成毕业答辩，拟留校从事博士后研究工作。上海交通大学是一所以工科见长的综合性大学，能在本领域提供所需的科研条件，拥有广阔的发展前景和未来。针对回国工作计划安排如下：
首先，结合留学的优势，密切与国外课题组保持联系，积极开展学术交流，搭建校内外合作的桥梁，提高中国大学的国际竞争力和影响力；
其次，结合课题，将继续深入本领域的研究，并与实际应用相结合，突破难点，争取做出原创性工作，解决可拉伸电池的基础性科研问题，为可穿戴器件的未来发展指明方向；
最后，针对学科发展，凝练出科研方向和重要学术前沿，开展创新性研究，提高科研素质和国内人员科研能力。
综上所述，借鉴和学习国外的科研经验，能使我更好的为祖国贡献自己的一份力，能为祖国的科研事业添砖加瓦。
References
[1] D.G. Mackanic, M. Kao, Z. Bao, Enabling Deformable and Stretchable Batteries, Adv. Energy Mater. 10 (2020).
[2] Q. Zhai, F. Xiang, F. Cheng, Y. Sun, X. Yang, W. Lu, L. Dai, Recent advances in flexible/stretchable batteries and integrated devices, Energy Storage Mater. 33 (2020) 116-138.
[3] S. Xu, Y. Zhang, J. Cho, J. Lee, X. Huang, L. Jia, J.A. Fan, Y. Su, J. Su, H. Zhang, H. Cheng, B. Lu, C. Yu, C. Chuang, T.I. Kim, T. Song, K. Shigeta, S. Kang, C. Dagdeviren, I. Petrov, P.V. Braun, Y. Huang, U. Paik, J.A. Rogers, Stretchable batteries with self-similar serpentine interconnects and integrated wireless recharging systems, Nat. Commun. 4 (2013) 1543.
[4] W. Liu, J. Chen, Z. Chen, K. Liu, G. Zhou, Y. Sun, M.-S. Song, Z. Bao, Y. Cui, Stretchable Lithium-Ion Batteries Enabled by Device-Scaled Wavy Structure and Elastic-Sticky Separator, Adv. energy mater. 7 (2017) 1701076
版权声明：
1.大文斗范文网的资料来自互联网以及用户的投稿，用于非商业性学习目的免费阅览。
2.《拟留学研究课题在国内外研究背景》一文的著作权归原作者所有，仅供学习参考，转载或引用时请保留版权信息。
3.如果本网所转载内容不慎侵犯了您的权益，请联系我们，我们将会及时删除。