锂空气电池纳米催化剂的制备及其催化机制研究
发布时间：2021-09-22 17:24
锂空气电池作为一种新型电池体系,由于其超高的理论能量密度(3600 Wh kg-1)受到人们广泛关注。然而当前锂空气电池的发展正处于基础研究阶段,一些关键的科学和技术问题尚未解决。这些问题包括由反应动力学缓慢导致的能量转换效率较低;由正极传质缓慢带来的倍率性能较差;由电化学稳定性能较差导致的循环寿命短;由负极枝晶、粉化、腐蚀等带来的安全性能差,限制了锂空气电池的进一步发展。针对上述问题,我们在开发新型催化剂及催化机制方面开展了研究,取得的成果如下:利用反相双溶剂法将Ru纳米簇封装到孔状有机笼中,成功制备出高分散、高反应活性的RuNCs@RCC3催化剂,将其应用于锂空气电池中,展现出优异的电化学性能。RuNCs@RCC3催化剂与传统的固体Ru纳米粒子催化剂相比,电池的充放电效率、放电容量、倍率性能以及循环寿命等方面都得到了显著的提高;通过SEM和XRD对电池不同阶段的放电产物进行测试发现,RuNCs@RCC3电催化剂能够直接在Li2O2的顶部催化电化学反应,显著提高了放电产物的导电性,最终降低了电池的反应极化电压,提高了电...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锂空气电池模型以及电化学反应原理图
第1章绪论3锂空气电池、有机系锂空气电池、混合系锂空气电池、全固态锂空气电池。图1.2四种不同结构的金属空气电池的类型图a:有机系,b:水系,c:全固态电解质，d:体系混合体系水系锂空气电池研究最早，但由于金属锂极易与水发生反应，因而对其研究较少。目前研究最多的是有机体系，有机电池体系具有很高的稳定性和安全性；混合电池体系是负极一端为有机系电解液，正极一端为水的混合电解液，在混合电解液体系中的放电产物氢氧化锂易溶于电解液，极大地降低了充电过电势，有利于氢氧化锂的充分分解。固态电解质相对于液态体系具有很大的优势，不存在电解液泄露和金属锂负极发生腐蚀等高安全性问题，但是在固态体系中，往往面临着固固界面锂离子传输困难，充电反应难于进行等缺点。相比于液态体系，固态体系的构造复杂，还需要我们对其充放电机理进行详细的探究。1.2.3锂空气电池的优缺点
第1章绪论4锂空气电池有望作为下一代电化学储能设备，与其它储能设备相比，锂空气电池具有以下明显的优势[17]：（1）能量密度高。锂空气电池由于半开放的结构，正极的活性物质来源于空气中的氧气，在放电过程中，电池内无需存储氧气，减轻了电池的总质量。若排除氧气，根据金属锂的质量计算，理论能量密度为11430Whkg1，如果根据放电产物的质量计算，理论能量密度也高达3505Whkg1，而锂空气电池的实际的能量密度高达1700Whkg1。（2）成本低。正极活性材料是空气中的氧气，取之不竭，用之不尽，能够极大地降低材料制备的成本。同时这种绿色清洁能源减少了环境污染。（3）高放电平台。有机体系电池的理论放电平台在2.96V左右，工作电压一般在2.7V左右。（4）可逆性好。电池具有简单的电化学反应机理，在催化剂存在的情况下能够显著提高反应的充电效率，减少副反应，提高电池的可逆性。目前锂空气电池的研究在电化学性能方面已经取得了突破性进展，但仍处于基础研究阶段，还存在很多科学及技术性难题尚未解决，锂空气电池想要真正实现商业化，还面临着巨大的挑战，如图1.3所示。图1.3水系锂空气电池所面临的挑战示意图（1）有机电解液易挥发。锂空气电池电解液的选择大多来源于锂离子电池的电解液。锂离子电池是一个密闭的电池体系，因此电解液不会受到外界因素的影响。锂空气电池处于一个半开放的环境条件，电解液易挥发，空气中的水和二氧化碳也会对其有负面影响。此外，活性物质氧气和放电过程中的超氧根也会造成
【参考文献】：
博士论文
[1]锂空气电池关键材料的制备及其在柔性器件中的应用[D]. 刘通.中国科学技术大学 2019
[2]基于过渡金属体系的锂空气电池正极催化剂的优化与设计[D]. 何乐为.中国科学院大学(中国科学院上海硅酸盐研究所) 2018
[3]锂空气电池电极材料的制备和电化学性能研究[D]. 刘清朝.吉林大学 2015
本文编号：3404112
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锂空气电池模型以及电化学反应原理图
第1章绪论3锂空气电池、有机系锂空气电池、混合系锂空气电池、全固态锂空气电池。图1.2四种不同结构的金属空气电池的类型图a:有机系,b:水系,c:全固态电解质，d:体系混合体系水系锂空气电池研究最早，但由于金属锂极易与水发生反应，因而对其研究较少。目前研究最多的是有机体系，有机电池体系具有很高的稳定性和安全性；混合电池体系是负极一端为有机系电解液，正极一端为水的混合电解液，在混合电解液体系中的放电产物氢氧化锂易溶于电解液，极大地降低了充电过电势，有利于氢氧化锂的充分分解。固态电解质相对于液态体系具有很大的优势，不存在电解液泄露和金属锂负极发生腐蚀等高安全性问题，但是在固态体系中，往往面临着固固界面锂离子传输困难，充电反应难于进行等缺点。相比于液态体系，固态体系的构造复杂，还需要我们对其充放电机理进行详细的探究。1.2.3锂空气电池的优缺点
第1章绪论4锂空气电池有望作为下一代电化学储能设备，与其它储能设备相比，锂空气电池具有以下明显的优势[17]：（1）能量密度高。锂空气电池由于半开放的结构，正极的活性物质来源于空气中的氧气，在放电过程中，电池内无需存储氧气，减轻了电池的总质量。若排除氧气，根据金属锂的质量计算，理论能量密度为11430Whkg1，如果根据放电产物的质量计算，理论能量密度也高达3505Whkg1，而锂空气电池的实际的能量密度高达1700Whkg1。（2）成本低。正极活性材料是空气中的氧气，取之不竭，用之不尽，能够极大地降低材料制备的成本。同时这种绿色清洁能源减少了环境污染。（3）高放电平台。有机体系电池的理论放电平台在2.96V左右，工作电压一般在2.7V左右。（4）可逆性好。电池具有简单的电化学反应机理，在催化剂存在的情况下能够显著提高反应的充电效率，减少副反应，提高电池的可逆性。目前锂空气电池的研究在电化学性能方面已经取得了突破性进展，但仍处于基础研究阶段，还存在很多科学及技术性难题尚未解决，锂空气电池想要真正实现商业化，还面临着巨大的挑战，如图1.3所示。图1.3水系锂空气电池所面临的挑战示意图（1）有机电解液易挥发。锂空气电池电解液的选择大多来源于锂离子电池的电解液。锂离子电池是一个密闭的电池体系，因此电解液不会受到外界因素的影响。锂空气电池处于一个半开放的环境条件，电解液易挥发，空气中的水和二氧化碳也会对其有负面影响。此外，活性物质氧气和放电过程中的超氧根也会造成
【参考文献】：
博士论文
[1]锂空气电池关键材料的制备及其在柔性器件中的应用[D]. 刘通.中国科学技术大学 2019
[2]基于过渡金属体系的锂空气电池正极催化剂的优化与设计[D]. 何乐为.中国科学院大学(中国科学院上海硅酸盐研究所) 2018
[3]锂空气电池电极材料的制备和电化学性能研究[D]. 刘清朝.吉林大学 2015
本文编号：3404112
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/3404112.html
