有机体系锂空气电池双功能氧电极的研究

发布时间：2017-08-19 14:37

  本文关键词：有机体系锂空气电池双功能氧电极的研究

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【摘要】：锂-空气电池具有超高的理论比容量(3860 mAh g-1)和理论比能量(11400 Wh kg-1),是一种环境友好的新型电池。若该系统能研制成功,将有希望取代汽油作为动力汽车的能量装置。近年来,科研人员虽然已经取得一些初步研究成果,但是对于可充电锂-空气电池的研究仍然处于初级阶段。影响锂-空气电池实用化的最关键因素为阴极反应的动力学缺陷,因此需要寻找一种合适的催化剂来提高阴极的反应动力学速率。本论文主要集中在空气电极的制备及氧还原/氧析出双效催化剂的基础研究,论文的主要内容如下：制备了Ba0.9Co0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ (BCFN9721)钙钛矿型氧化物作为氧还原(ORR)和氧析出(OER)的双功能电催化剂。一系列不同组分KB和BCFN9721组成氧电极的锂-氧气电池中,含有80%科琴黑(KB)和20%BCFN9721组成氧电极的锂-氧气电池具有最高的放电平台为2.63V。KB中增加20%的BCFN9721可以有效地减少极化,特别是OER。锂-氧气电池使用BCFN9721钙钛矿型氧化物作为电催化剂,在限制容量为1000 mAh g-1 electrode的条件下可以稳定充放电循环24次。BCFN9721催化剂可以显著减小充电极化,因此可以缓解由于碳的腐蚀和电解液的分解而形成的副产物。制备了三维大孔MnO2和LaNiO3-δ,并分别使用这两种材料作为锂-氧气电池氧电极催化剂,对电池的电化学性能进行了测试。对于使用三维大孔MnO2作为氧电极催化剂组成的电池,其首次放电比容量高达3000 mAh g-1 electrode以上。在等容量测试过程中,该电池可以稳定循环十次,表明使用三维大孔MnO2催化剂应用于锂-氧气电池,促进了氧还原和氧析出反应的进行。对于使用三维大孔LaNiO3-δ作为氧电极催化剂组成的电池,电池的首次放电比容量为2600 mAh g-1 electrode左右。在等容量测试过程中,电池可以稳定循环九次,说明该催化剂可以在一定程度上促进电池氧还原和氧析出反应的进行。
【关键词】：锂-氧气电池 钙钛矿型氧化物 氧电极催化剂 氧还原反应 氧析出反应
【学位授予单位】：天津工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O646.54;TM911.41
【目录】：

• 学位论女的主要创新点3-4
• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-27
• 1.1 前言9
• 1.2 电动汽车动力电池实际应用的重要标准9-12
• 1.3 锂-空气电池的分类12-14
• 1.4 有机体系锂-空气电池的研究进展14-24
• 1.4.1 空气阴极16-20
• 1.4.1.1 电极结构16-17
• 1.4.1.2 催化剂17-20
• 1.4.2 电解液20-21
• 1.4.3 金属锂阳极21-24
• 1.4.3.1 退化21-23
• 1.4.3.2 表面改性23-24
• 1.5 本论文选题依据和研究内容24-27
• 第二章 Ba_(0.9)Co_(0.7)Fe_(0.2)Nb_(0.1)O_(3-δ)钙钛矿型氧化物的制备及其电化学性能研究27-45
• 2.1 引言27-28
• 2.2 实验部分28-31
• 2.2.1 试验中所用的主要仪器28-29
• 2.2.2 试验中所用的主要试剂29
• 2.2.3 BCFN9721粉体和氧电极的制备29-30
• 2.2.3.1 BCFN9721粉体的制备29
• 2.2.3.2 氧电极的制备29-30
• 2.2.4 锂-氧气电池的组装及评价30
• 2.2.5 物理化学表征30-31
• 2.3 结果与讨论31-42
• 2.3.1 催化剂的物理化学表征31-32
• 2.3.2 电化学评价32-42
• 2.4 本章小结42-45
• 第三章 三维大孔材料的制备及其电化学性能研究45-65
• 3.1 引言45-46
• 3.2 实验部分46-50
• 3.2.1 试验中所用的主要仪器46-47
• 3.2.2 试验中所用的主要试剂47-48
• 3.2.3 聚苯乙烯(PS)胶体晶体的制备48
• 3.2.3.1 聚苯乙烯(PS)胶体微球的合成48
• 3.2.3.2 聚苯乙烯(PS)胶体晶体的组装48
• 3.2.4 前驱体溶液的配置48-49
• 3.2.5 模板的填充49
• 3.2.6 模板的去除49
• 3.2.7 氧电极的制备49
• 3.2.8 锂-氧气电池的组装及评价49-50
• 3.3 结果与讨论50-54
• 3.3.1 溶剂用量对聚苯乙烯微球粒径及单分散性的影响50-51
• 3.3.2 聚苯乙烯胶体晶体模板的SEM表征及TG分析51-53
• 3.3.3 不同材料的三维大孔形貌分析图53-54
• 3.4 电化学分析54-63
• 3.4.1 三维大孔MnO_2氧电极的电化学分析54-59
• 3.4.2 三维大孔LaNiO_(3-δ)氧电极的电化学分析59-63
• 3.5 本章小结63-65
• 第四章 结论与展望65-67
• 4.1 结论65-66
• 4.2 展望66-67
• 参考文献67-79
• 学术发表79-81
• 致谢81

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本文编号：701287