金属有机框架材料作锂氧电池正极催化剂及其电化学性能分析
发布时间：2021-01-16 06:52
近年来,环境污染和能源危机日益加剧,使得人类越来越重视绿色能源的研发,将使用绿色能源的电动汽车代替传统的燃料汽车能够大大减少环境污染、缓解能源危机。然而目前常规的电源体系,如铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池等都很难支持电动汽车的远距离行驶,因此有着较高理论比能量的锂氧电池被认为是适用于新一代电动汽车的电源体系。不过在研究中发现锂氧电池仍然存在诸多阻碍其商业化进程的问题,如非水电解液体系中放电产物堆积在空气电极中堵塞氧气扩散通道导致放电终止、充电过程中需要分解具有很强离子键的放电产物致使电池循环效率偏低等。因此寻找有效的氧还原（ORR）和氧析出（OER）催化剂加速电化学反应动力学、促进空气电极的稳定性对于锂氧电池的实际应用具有十分重要的现实意义。本文通过溶剂热的方法制备了锰基金属有机框架材料（Mn-MOFs）、钴基金属有机框架材料（Co-MOFs）、锰钴复合基金属有机框架材料（Mn/Co-MOFs）及锰镍复合基金属有机框架材料（Mn/Ni-MOFs）,分析以上材料作为催化剂对锂氧电池电化学性能的影响。锰基金属有机框架材料（Mn-MOFs）,选择乙酸锰和对苯二甲酸两种配体,在摩尔比为1.2:...
【文章来源】：渤海大学辽宁省
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
充电电池的理论容量与实际容量对比图
金属有机框架材料作锂氧电池正极催化剂及其电化学性能分析2此外放电速率低、循环次数少、锂阳极易于氧化、阴极放电产物堵塞氧气运输通道等问题都限制了锂氧电池的实际应用。解决以上问题的常用策略是设计一款高效的催化剂材料。性能优异的催化剂可以降低电荷的超电势、加快电池反应速度、减少电解质和阴极材料的分解，从而提高锂氧电池的容量和循环稳定性[3]。现阶段，用于锂氧电池的催化剂大多为金属氧化物、贵金属等材料或仅仅对其进行复合改性，制备出复合型催化剂材料，这使得在锂氧电池催化剂研究方面，一直以来都缺少新型、具有优异结构的催化剂，所以寻找一种新颖高效的催化剂对提升锂氧电池的性能具有重要意义。金属有机框架材料（MOFs）是一种具有优异结构的新型催化剂材料，本论文制备了多种金属有机框架材料（MOFs）作为锂氧电池催化剂，通过物理表征探究催化剂材料的结构形貌后装配电池进行电化学测试，分析其对锂氧电池电化学性能的影响。1.2锂氧电池工作原理当前，在全球范围内的锂氧电池化学体系结构如图1.2所示，根据电解质的种类可分为水系、非水系、混合体系和全固态锂氧电池四大类。图1.2全球范围内有四种锂氧电池化学体系结构图Figure1.2Fourtypesoflithium-oxygenbatterychemicalarchitecturesworldwide.
渤海大学硕士学位论文5图1.4电池的充放电电压曲线Figure1.4Batterychargeanddischargevoltagecurve.Park[6]等人使用简单的“一锅法”将氮掺杂碳纳米管（NCNT）掺入到钙钛矿La0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3纳米粒子（LSCF）中制备出高级双功能催化剂(op-LN-NPs），过程如图1.5所示。通过对电池的测试证实：op-LN催化剂中LSCF-NP与NCNT表现出良好的协同作用，对氧还原（ORR）反应和氧析出（OER）反应均具有出色的催化性能。op-LN在以上反应中表现出了与Pt/C和Ir/C相当的性能，这证明了其具有作为商业可行双功能催化剂的潜力。此外，通过在锂氧电池中测试op-LN所得到的结果证明，与LSCF-NP和NCNT相比，使用op-LN催化剂的锂氧电池的充电/放电性能得到了改善和互补，该结果证实了简单制备的op-LN可以成为用于可充电金属氧气电池的高效双功能催化剂。图1.5op-LN的简便一锅法合成示意图Figure1.5Simpleone-potsynthesisofop-LNMoni[7]等人制备了菊花状的NiCo2O4-氮掺杂氧化石墨烯复合材料用作水性锌空气和非水性锂氧电池的双功能阴极电催化剂，如图1.6所示
本文编号：2980360
【文章来源】：渤海大学辽宁省
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
充电电池的理论容量与实际容量对比图
金属有机框架材料作锂氧电池正极催化剂及其电化学性能分析2此外放电速率低、循环次数少、锂阳极易于氧化、阴极放电产物堵塞氧气运输通道等问题都限制了锂氧电池的实际应用。解决以上问题的常用策略是设计一款高效的催化剂材料。性能优异的催化剂可以降低电荷的超电势、加快电池反应速度、减少电解质和阴极材料的分解，从而提高锂氧电池的容量和循环稳定性[3]。现阶段，用于锂氧电池的催化剂大多为金属氧化物、贵金属等材料或仅仅对其进行复合改性，制备出复合型催化剂材料，这使得在锂氧电池催化剂研究方面，一直以来都缺少新型、具有优异结构的催化剂，所以寻找一种新颖高效的催化剂对提升锂氧电池的性能具有重要意义。金属有机框架材料（MOFs）是一种具有优异结构的新型催化剂材料，本论文制备了多种金属有机框架材料（MOFs）作为锂氧电池催化剂，通过物理表征探究催化剂材料的结构形貌后装配电池进行电化学测试，分析其对锂氧电池电化学性能的影响。1.2锂氧电池工作原理当前，在全球范围内的锂氧电池化学体系结构如图1.2所示，根据电解质的种类可分为水系、非水系、混合体系和全固态锂氧电池四大类。图1.2全球范围内有四种锂氧电池化学体系结构图Figure1.2Fourtypesoflithium-oxygenbatterychemicalarchitecturesworldwide.
渤海大学硕士学位论文5图1.4电池的充放电电压曲线Figure1.4Batterychargeanddischargevoltagecurve.Park[6]等人使用简单的“一锅法”将氮掺杂碳纳米管（NCNT）掺入到钙钛矿La0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3纳米粒子（LSCF）中制备出高级双功能催化剂(op-LN-NPs），过程如图1.5所示。通过对电池的测试证实：op-LN催化剂中LSCF-NP与NCNT表现出良好的协同作用，对氧还原（ORR）反应和氧析出（OER）反应均具有出色的催化性能。op-LN在以上反应中表现出了与Pt/C和Ir/C相当的性能，这证明了其具有作为商业可行双功能催化剂的潜力。此外，通过在锂氧电池中测试op-LN所得到的结果证明，与LSCF-NP和NCNT相比，使用op-LN催化剂的锂氧电池的充电/放电性能得到了改善和互补，该结果证实了简单制备的op-LN可以成为用于可充电金属氧气电池的高效双功能催化剂。图1.5op-LN的简便一锅法合成示意图Figure1.5Simpleone-potsynthesisofop-LNMoni[7]等人制备了菊花状的NiCo2O4-氮掺杂氧化石墨烯复合材料用作水性锌空气和非水性锂氧电池的双功能阴极电催化剂，如图1.6所示
本文编号：2980360
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