新型可充熔盐锌空气电池研究

发布时间：2020-09-28 16:28

　　可充锌空气电池作为一种高能量密度的化学储能装置,具有安全、无污染、成本低等优点,在移动电子设备、电动汽车等领域有着广泛的应用前景。本文以电解质体系为切入点,设计构建新型可充熔盐锌空气电池体系,采用SEM、EDS和XRD等方法对电极微观形貌和组成进行表征,采用循环伏安法、极化曲线测试、充电放电性能测试及倍率性能测试等方法对电池的电化学性能进行评价,研究新型可充熔盐锌空气电池体系的可行性。以43.5mol%Li_2CO_3-31.5mol%Na_2CO_3-25mol%K_2CO_3共融物为电解质,NaOH与ZnO作为添加剂,采用镍基材料为空气阴极,铁基材料为阳极集流体,构建新型熔盐可充锌空气电池体系。在550℃下,以2.5 mA/cm~2恒电流充电,100Ω恒电阻放电至截止电压0.8 V,电池在稳定循环的110次循环中,平均充电电压1.43 V,平均放电为1.04 V。XRD和SEM表征结果表明:镍基空气阴极表面在该熔盐体系下原位形成均匀的催化OER/ORR的NiO纳米颗粒;经过对KOH添加剂体系进行深入研究表明,添加剂对电池性能具有较大影响,添加KOH后能够显著降低电池充电电压,电池放电电压平台也得到明显改进,放电平均电压提高到1.08 V,在放电倍率高达7.3时电池充放电库伦效率仍可达91.2%。采用在镍基空气电极上负载锰氧化物电催化剂方法改进空气电极OER/ORR动力学,研究表明,空气阴极表面经充放电循环原位生成粒径为50~200 nm的锂化氧化锰(Li_(1.059)Mn_(2.118)O_4)和氧化镍(NiO)电催化剂,明显改进了空气电极的OER/ORR性能,库伦效率达89%,电池放电平均电压达1.12 V,电压效率为80%。
【学位单位】：东北石油大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM911.41
【文章目录】：
摘要
Abstract
创新点摘要
前言
第一章文献综述
    1.1 锌空气电池
        1.1.1 锌空气电池的工作原理与结构
        1.1.2 锌空气电池的优势和面临的挑战
    1.2 锌空气电池锌阳极研究进展
        1.2.1 锌阳极材料
        1.2.2 锌阳极添加剂
    1.3 锌空气电池电解质研究进展
        1.3.1 水溶液电解质体系
        1.3.2 固体电解质
        1.3.3 离子液体电解质
    1.4 空气电极及电催化剂研究进展
        1.4.1 气体扩散电极
        1.4.2 空气电极催化剂
    1.5 本论文选题背景及研究内容
第二章实验部分
    2.1 实验材料和仪器
        2.1.1 实验材料
        2.1.2 实验仪器
    2.2 催化剂的制备
    2.3 电极材料的表征
        2.3.1 X射线衍射分析(XRD)
        2.3.2 热重差热分析(TG)
        2.3.3 扫描电子显微镜分析(SEM)
        2.3.4 能谱分析(EDS)
    2.4 锌空气电池性能测试方法
        2.4.1 实验装置
        2.4.2 极化曲线的测定
        2.4.3 循环伏安测试
第三章可充熔盐锌空气电池体系的构建
    3.1 电解质电化学窗口的理论计算
    3.2 锌阳极循环伏安分析
    3.3 锌的电沉积
    3.4 空气电极XRD表征
    3.5 空气电极SEM表征
    3.6 电池性能
    3.7 本章小结
第四章采用KOH对锌空气电池电解质改进研究
    4.1 电池电化学机理研究
        4.1.1 Zn的电沉积
        4.1.2 ZnO与熔融KOH反应产物的XRD表征
        4.1.3 电解质的TG/DTA分析
        4.1.4 锌阳极循环伏安分析
        4.1.5 电池电化学机理
    4.2 空气电极XRD表征
    4.3 空气电极SEM表征
    4.4 电池性能研究
        4.4.1 充电极化性能
        4.4.2 充放电循环性能
        4.4.3 倍率性能
    4.5 本章小结
第五章 Ni-Mn氧化物电催化剂的制备、表征及性能研究
    5.1 Ni/Mn比例的确定
    5.2 催化剂的表征
        5.2.1 XRD表征
        5.2.2 SEM表征
    5.3 空气电极催化剂循环伏安
    5.4 电化学性能
        5.4.1 充放电极化性能
        5.4.2 循环性能
    5.5 本章小结
结论
参考文献
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致谢

【参考文献】