二氧化锰基催化剂在可充锂空气电池中应用研究

发布时间：2017-10-12 05:14

  本文关键词：二氧化锰基催化剂在可充锂空气电池中应用研究

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【摘要】：可充锂空气电池因具有高能量密度(3458 Wh kg-1,以放电产物计算)、绿色环保等性能备受关注。但是目前可充锂空气电池的推广和运用仍然受到充放电极化大、能量效率低、循环差、副反应等诸多限制。开发高活性,低成本的正极催化剂是解决可充锂空气电池实际运用问题的关键。Mn02基催化剂做为一类非贵金属基催化剂,因为其环境友好,成本低廉和储量丰富的特点成为最具有应用前景的催化剂之一。但是二氧化锰本身电催化活性较低。因此本文运用了电化学原位锂化和与氧化物复合的改性方法,简单、新颖和高效的提高了其在锂空气电池中的催化性能。主要内容如下：1. 提出把废弃锂锰电池中的活性物质锂化后的二氧化锰正极,在通入空气后再利用于可充锂空气电池中。首次提出可充金属空气电池正极催化剂的电化学锂化制备方法,运用电化学原位锂化的方法得到了不同锂化态的MnO2。而且研究了锂化Mn02电极的锂空气正极催化活性与锂化程度的关系,其中在锂化程度达到计量比为Li0.50MnO2时体现出最佳的锂空气电池催化性能,充放电容量高达10823mAh gcarbon-1,保持循环周期在190圈以上。2.正极催化剂的微观形貌和结构都对锂空气电池的电学性能有着重要的影响。本文在空气电极集流体(泡沫镍基材)上原位生长四氧化三钴阵列后,通过水热法制备出与之复合的二氧化锰纳米片。这种方法得到的复合的氧化物不仅体现出了优异的氧还原(ORR)和氧析出(OER)性能并降低充放电极化到0.72 V,而且多孔结构的催化剂提供了大量的活性位点并对放电产物的生长有一定的限域作用,这些都对可充锂空气电池的性能有着大的提升。还针对放电产物过氧化锂的尺寸效应进行了详细研究,结果表明充电过电位会随着过氧化锂尺寸的减小而逐渐降低。
【关键词】：锰氧化物 锂空气电池 锂化 过渡金属氧化物复合 尺寸效应
【学位授予单位】：南开大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM911.41;O643.36
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-31
• 第一节 引言11
• 第二节 锂空气电池简介11-15
• 1.2.1 锂空气电池工作原理11-13
• 1.2.2 锂空气电池存在的问题13-15
• 第三节 锂空气电池的研究现状和进展15-26
• 1.3.1 锂空气电池负极15
• 1.3.2 锂空气电池电解质15-19
• 1.3.3 锂空气电池正极催化剂19-26
• 第四节 二氧化锰催化剂的研究现状26-29
• 1.4.1 二氧化锰形貌改性27-28
• 1.4.2 二氧化锰复合改性28-29
• 1.4.3 二氧化锰掺杂改性29
• 第五节 论文选题依据和主要研究内容29-31
• 第二章 材料制备、表征和电化学测试31-34
• 第一节 实验药品31-32
• 第二节 实验仪器32
• 第三节 电化学测试32-34
• 2.3.1 电极制备和电池组装32-33
• 2.3.2 电化学测试33-34
• 第三章 锂化MnO_2催化剂的锂空气电池性能研究34-49
• 第一节 引言34
• 第二节 实验部分34-36
• 3.2.1 锂化β-MnO_2的合成34-35
• 3.2.2 材料表征35-36
• 3.2.3 锂化β-MnO2的电化学测试36
• 第三节 结果与讨论36-47
• 3.3.1 锂化β-MnO_2的结构物相与材料表征36-40
• 3.3.2 锂化β-MnO_2的电化学测试40-46
• 3.3.3 锂锰电池与锂空气电池的结合46-47
• 第四节 本章结论47-49
• 第四章 MnO_2/Co_3O_4催化剂锂空气电池性能研究49-61
• 第一节 前言49
• 第二节 实验部分49-51
• 4.2.1 MnO_2/Co_3O_4催化剂的制备49-51
• 4.2.2 材料的表征51
• 4.2.3 MnO_2/Co_3O_4催化剂的电化学测试51
• 第三节 结果与讨论51-59
• 4.3.1 MnO_2/Co_3O_4催化剂的物相表征52-55
• 4.3.2 电化学测试55-57
• 4.3.3 锂空气电池放电产物尺寸效应的探究57-59
• 第四节 本章结论59-61
• 第五章 结论与展望61-62
• 参考文献62-69
• 致谢69-70
• 个人简历、在学期间发表论文70-71

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本文编号：1016844