锂电负极材料以及燃料电池阴极催化剂的研究

发布时间：2017-06-14 18:00

  本文关键词：锂电负极材料以及燃料电池阴极催化剂的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：传统的化石能源由于其具有一系列的缺点例如转换效率低下,燃烧时产生大量的污染性气体以及不可再生性等问题,迫使科学家们寻求能够代替传统化石能源的高效绿色能源,其中以锂离子电池,燃料电池,超级电容器和太阳能作为代表。能量转换技术和能量存储技术则是能够有效利用能源的两个方面,然而,无论是在能量转化技术还是在能量储存技术中,电极材料的选择以及制备都是至关重要的。在本论文中,我们使用简单易制备的合成方法得到了多种纳米结构材料,并对它们进行了一系列结构和电化学性能表征,为制备能量转化与储存一体化器件做准备。本论文具体研究的内容以及相应的结论如下:1.使用水热合成方法,制备不同形貌的硫化锡(SnS_2)纳米材料。不同的表面活性剂以及合成温度都是得到的纳米结构硫化锡的重要影响因素。相应的电化学测试的结果表明,制备的SnS_2纳米棒自组装得到的纳米球与SnS_2纳米片自组装得到的纳米球相比,具有更好的充放电以及循环性能,这是由于这种棒状结构具有更高的比表面积以及更短的离子转移路径。因此,由于合成方法简单、成本低廉以及产量高等优点,这种SnS_2纳米棒自组装得到的球形结构将会是一种很有前途的能够应用于锂离子电池的负极材料。2.以阳离子交换树脂作为碳源,与氯化亚锡溶液进行交换,得到的含有Sn2+的离子交换树脂在高温惰性气体中裂解,高温碳化石墨化,得到纳米Sn/C复合材料。复合材料中金属Sn纳米颗粒大量分布在碳材料上抑制了充放电过程中Sn的体积膨大,且增加了材料的导电性,从而使得锂离子和电子转移数目大幅增加,促进了电池的充放电性能。由于碳材料和金属Sn的协同作用,复合材料有望用作高效的锂离子电池的负极材料。3.使用高温裂解阳离子交换树脂合成碳纳米材料,在高温下与用NH3作为氮源进行掺氮或者与甘氨酸混合之后高温处理得到两种不同的氮掺杂碳材料。利用两种不同的氮源进行掺杂得到的纳米材料表现出不同的电化学性能,对他们进行含氮量分析得出结论为含氮量对复合材料的电化学性能表现出较大的影响。甘氨酸掺氮使得样品中含有较多氮原子,N-C键增加从而促进氧还原性能。由于复合材料制备简单,原始材料可大量获得,它们有望作为高效的碱性燃料电池阴极催化剂。
【关键词】：能量存储与转化 氧还原反应 碱性燃料电池 锂离子电池 Sn/C复合材料 二硫化锡纳米材料
【学位授予单位】：暨南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM912;TM911.4
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-20
• 1.1 引言8-9
• 1.2 电化学能量存储技术9-11
• 1.2.1 锂离子电池工作原理9-10
• 1.2.2 锂离子电池的电极材料10-11
• 1.3 电化学能量转换技术11-18
• 1.3.1 燃料电池工作原理11-15
• 1.3.2 燃料电池的电极催化剂材料15-18
• 1.4 本论文研究内容以及研究意义18-20
• 第二章 SnS_2纳米球作为锂离子电池负极材料的研究20-33
• 2.1 引言20-21
• 2.2 实验部分21-23
• 2.2.1 SnS_2纳米球样品的制备21-22
• 2.2.2 半电池的组装22
• 2.2.3 SnS_2纳米材料结构表征22
• 2.2.4 SnS_2纳米材料的锂离子电池性能表征22-23
• 2.3 实验结果与讨论23-31
• 2.4 本章小结31-33
• 第三章 Sn/C复合材料及其电池性能的研究33-44
• 3.1 引言33-35
• 3.2 实验部分35-37
• 3.2.1 Sn/C复合材料的制备35-36
• 3.2.2 半电池的组装36
• 3.2.3 结构表征36-37
• 3.2.4 Sn/C复合纳米材料的锂离子电池性能表征37
• 3.3 实验结果与讨论37-42
• 3.4 本章小结42-44
• 第四章 氮掺杂碳材料的制备及氧还原光催化性能的研究44-55
• 4.1 引言44
• 4.2 实验部分44-46
• 4.2.1 氮掺杂碳材料材料的合成44-45
• 4.2.2 结构表征45-46
• 4.2.3 电化学表征46
• 4.3 实验结果与讨论46-54
• 4.4 本章小结54-55
• 第五章 结论55-56
• 参考文献56-61
• 硕士期间研究成果61-62
• 致谢62

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本文编号：450102