碳复合的Co 9 S 8 及Mn 3 O 4 催化剂制备与电催化氧还原/析氧反应性能、机理研究
发布时间：2021-10-05 12:51
锌-空气电池作为新能源技术之一,有能量密度高、质量轻、安全性强、回收利用率高等特点,并在充放电过程仅产生对环境友好的副产物H2O和O2因而受到广泛关注。但是目前该技术商业化应用仅作为一次性纽扣电池用于助听器,而作为二次充放电电池仅在示范级的锌-空气电池汽车中应用,大规模应用仍任重而道远。其中主要原因之一是电池在充放电的过程中,空气电极会涉及到氧还原反应（ORR）以及析氧反应（OER）,这两类反应需要用使用大量的Pt,Ir或Ru作为催化剂,但是这些贵金属储量有限,价格高昂,此外,这些催化剂在电池运行过程中稳定性不高。过渡金属氧化物、硫化物以及磷化物与碳材料复合后在碱性电解质溶液中能有效的电催化OER和ORR,展现出较好的抗中毒能力以及稳定性,近年来吸引了国内外研究者的兴趣。然而由于该类型材料结构复杂,目前对其电催化ORR/OER的活性中心以及反应机理尚不明晰,甚至存在一定的争议。基于此,本论文通过实验设计制备Co9S8及Mn3O4与碳复合的催化剂,结合DFT...
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：150 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
锌-空气电池装置示意图及工作流程
[11]。虽然已有专用于锌-空气电池的商业锌膏售卖，但为了进一性，关于锌电极进一步改性的工作被相继报道[12]。这些工作都是1）有效避免阳极钝化层的生成，2）减少枝晶的形成，3）保证蚀，4）尽可能提高锌的导电率。多孔阳极电极的孔隙率大小很大程度决定了电池性能，最对应的容量为 1.2-2.2Ah/cm3。可以通过选用小颗粒粉末（100~的材料作为锌电极。而基于锌粉的多孔锌电极，通常使用胶黏用于二级锌阳极与锌颗粒间的连接。胶黏剂通常为聚合物材料电池的结构内最小化，降低锌粉的流动性，有效减少枝晶的形结剂有聚四氟乙烯[13]，木薯粉[14]，羧乙烯聚合物凝胶[15]。但是过程中锌电极的反复膨胀和收缩而破裂，若加入过多会使得锌率下降，电阻增大。
图 1-4 添加剂对枝晶生长的影响（a）不添加添加剂；（b）含无机添加剂和（c）有机添加剂[23]Figure 1-4 The mechanism of the additives effects on the dendrite growth: (a) without additives; (b) withinorganic additives; and (c) with organic additives[23]最近研究表明，添加剂对于锌阳极的性能也有积极作用。现有的添加剂主要分无机和有机添加剂两种[24,25]。主要目的是降低锌酸盐的溶解度并有效防止锌金属上枝晶的生长，抑制枝晶生长机理如图 1-4 所示。首先，如果添加剂作为还原金属存在，它可以用作通过电沉积促进致密和薄锌沉积物形成的基底[23]。其次，在锌电极中掺入金属沉积物增强了电极的电子传导性和极化。对于流动锌碱性电池的应用，无机添加剂必须首先溶于电解质，它们的标准电位也应高于锌的标准电位。Yang[26]等人发现利用可溶性无机添加剂（0.6 M Na2WO4或 10-4M~10-3M 氧化铅），可以产生致密或混合的紧密海绵状锌沉积物，使电池具有良好的充放电性能，能源效率约为 60%。Chang 与 Hu[27]通过 C
【参考文献】：
期刊论文
[1]Gold-iridium bifunctional electrocatalyst for oxygen reduction and oxygen evolution reactions[J]. Lizhi Yuan,Zhao Yan,Luhua Jiang,Erdong Wang,Suli Wang,Gongquan Sun. Journal of Energy Chemistry. 2016(05)
本文编号：3419777
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：150 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
锌-空气电池装置示意图及工作流程
[11]。虽然已有专用于锌-空气电池的商业锌膏售卖，但为了进一性，关于锌电极进一步改性的工作被相继报道[12]。这些工作都是1）有效避免阳极钝化层的生成，2）减少枝晶的形成，3）保证蚀，4）尽可能提高锌的导电率。多孔阳极电极的孔隙率大小很大程度决定了电池性能，最对应的容量为 1.2-2.2Ah/cm3。可以通过选用小颗粒粉末（100~的材料作为锌电极。而基于锌粉的多孔锌电极，通常使用胶黏用于二级锌阳极与锌颗粒间的连接。胶黏剂通常为聚合物材料电池的结构内最小化，降低锌粉的流动性，有效减少枝晶的形结剂有聚四氟乙烯[13]，木薯粉[14]，羧乙烯聚合物凝胶[15]。但是过程中锌电极的反复膨胀和收缩而破裂，若加入过多会使得锌率下降，电阻增大。
图 1-4 添加剂对枝晶生长的影响（a）不添加添加剂；（b）含无机添加剂和（c）有机添加剂[23]Figure 1-4 The mechanism of the additives effects on the dendrite growth: (a) without additives; (b) withinorganic additives; and (c) with organic additives[23]最近研究表明，添加剂对于锌阳极的性能也有积极作用。现有的添加剂主要分无机和有机添加剂两种[24,25]。主要目的是降低锌酸盐的溶解度并有效防止锌金属上枝晶的生长，抑制枝晶生长机理如图 1-4 所示。首先，如果添加剂作为还原金属存在，它可以用作通过电沉积促进致密和薄锌沉积物形成的基底[23]。其次，在锌电极中掺入金属沉积物增强了电极的电子传导性和极化。对于流动锌碱性电池的应用，无机添加剂必须首先溶于电解质，它们的标准电位也应高于锌的标准电位。Yang[26]等人发现利用可溶性无机添加剂（0.6 M Na2WO4或 10-4M~10-3M 氧化铅），可以产生致密或混合的紧密海绵状锌沉积物，使电池具有良好的充放电性能，能源效率约为 60%。Chang 与 Hu[27]通过 C
【参考文献】：
期刊论文
[1]Gold-iridium bifunctional electrocatalyst for oxygen reduction and oxygen evolution reactions[J]. Lizhi Yuan,Zhao Yan,Luhua Jiang,Erdong Wang,Suli Wang,Gongquan Sun. Journal of Energy Chemistry. 2016(05)
本文编号：3419777
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