基于生物质的多孔碳材料的制备及其氧气还原/析出性能
发布时间：2020-12-23 18:35
锂-空气电池因为其理论比能量密度高,被认为是极具应用前景的动力电池。但是缓慢的氧气还原反应（ORR）和氧气析出反应（OER）导致高过电压,从而阻碍了其发展和应用。发展ORR/OER双功能催化剂是提高的锂-空气电池性能的有效途径。有机生物废弃物的再利用,特别是在能源材料领域的应用,不仅可以减少对自然环境的破坏,而且能促进能源的可持续发展。本文主要以有机生物废弃物为前驱体,经过简单步骤,得到一系列新型碳材料,并研究了它们的ORR/OER催化性能。以棉布为原料,采用浸渍和热解等方法合成了 Co掺杂的Co-C和Co-N/C系列碳材料催化剂。这些催化剂是具有面心立方形金属钴和六角密堆积型金属钴的复合材料。在0.1MKOH电解液中,这些催化剂都表现出较好的ORR和OER催化活性。其中Co（1）-700-urea（7%）表现出最好的ORR 性能,半波电势为-0.166V（vs.Ag/AgCl）。而 Co（1）-700-urea（10%）表现出最佳的OER性能,在10mAcn-2处的电势为0.784V。金属钴元素和氮元素双掺杂提高了多孔碳材料的ORR和OER电催化活性。以大豆蛋白为原料,采用浸渍法和水...
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：118 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２锂空气电池的四种类型（均以锂金属作为负极）：（ａ）有机系；（ｂ）水?
１９９６年，Ａｂｒａｈａｍ与Ｊｉａｎｇ第一次研究了电解质为非水系的锂－空气电池。随后，??在２００３年，Ｒｅａｄ研究发现，非水系锂－空气电池放电时空气电极上会生成Ｌｉ２０［２ｌ］。??非水系锂－空气电池结构如图１－４所示，其可能的充放电机理如下：??负极：Ｌｉ〇Ｌｉ＋＋ｅ－?式（１－４）??正极：Ｌｉ＋＋ｌ／２０２＋ｅＶ＾ｌ／２Ｌｉ２０２?式（１－５）??Ｌｉ＋＋ｅ＇＋ｌ／４０２＾ｌ／２Ｌｉ２０?式（１?－６）??由于放电反应的产物不溶于有机的电解液，会沉积到正极的表面，从而阻塞表面??孔道，导致放电停止［２２］。也有些研究者认为非水系锂空气电池的放电反应产物为ｕ２ｏ２，??且发生的是可逆反应，充电时分解为Ｌｉ和０２。目前研究比较多的非水系锂空气电池??通常包含以下结构：负极金属锂，有机电解液（溶有锂盐）和负载催化剂的空气电极??［２３］。放电时，在多孔催化剂的表面，被还原的０２与电解液中的Ｌｉ＋结合，生成Ｌｉ２０２??和Ｌｉ２０，而在电解液中，负极的金属锂被氧化，生成Ｌｉ＋；充电时，放电生成的锂的??氧化物分解，生成金属锂。锂空气电池的充电和放电之间的电势差是过电势。充电和??４??
????ｍ??图１－３水系锂－空气电池［１５］??Ｆｉｇ．?１－３?Ａｑｕｅｏｕｓ?ｌｉｔｈｉｕｍ－ａｉｒ?ｂａｔｔｅｒｙ??１９９６年，Ａｂｒａｈａｍ与Ｊｉａｎｇ第一次研究了电解质为非水系的锂－空气电池。随后，??在２００３年，Ｒｅａｄ研究发现，非水系锂－空气电池放电时空气电极上会生成Ｌｉ２０［２ｌ］。??非水系锂－空气电池结构如图１－４所示，其可能的充放电机理如下：??负极：Ｌｉ〇Ｌｉ＋＋ｅ－?式（１－４）??正极：Ｌｉ＋＋ｌ／２０２＋ｅＶ＾ｌ／２Ｌｉ２０２?式（１－５）??Ｌｉ＋＋ｅ＇＋ｌ／４０２＾ｌ／２Ｌｉ２０?式（１?－６）??由于放电反应的产物不溶于有机的电解液，会沉积到正极的表面，从而阻塞表面??孔道，导致放电停止［２２］。也有些研究者认为非水系锂空气电池的放电反应产物为ｕ２ｏ２，??且发生的是可逆反应，充电时分解为Ｌｉ和０２。目前研究比较多的非水系锂空气电池??通常包含以下结构：负极金属锂，有机电解液（溶有锂盐）和负载催化剂的空气电极??［２３］。放电时
【参考文献】：
期刊论文
[1]氧还原和析氧反应的双功能电催化剂——氮磷共掺碳负载四氧化三钴（英文）[J]. 黄颖彬,张敏,柳鹏,程发良,王立世. 催化学报. 2016(08)
[2]锂离子电池和金属锂离子电池的能量密度计算[J]. 吴娇杨,刘品,胡勇胜,李泓. 储能科学与技术. 2016(04)
[3]高电化学性能三维网状氮掺杂石墨烯的制备[J]. 钟文斌,谭兮亦. 湖南大学学报(自然科学版). 2016(06)
[4]碳纳米管的微观结构调节对锂空气电池电化学行为的影响[J]. 王海帆,魏伟,秦磊,雷宇,余唯,刘如亮,吕伟,翟登云,杨全红. 新型炭材料. 2016(03)
[5]镁空气电池空气阴极研究进展[J]. 高婧,吴晓梅,邹建新,曾小勤,丁文江. 电源技术. 2016(05)
[6]高能量密度锂离子电池负极材料研究进展[J]. 黄帅,张经纬,余来贵,张纪伟,张平余. 河南大学学报(自然科学版). 2016(03)
[7]采用简易方法合成直接乙醇固体氧化物燃料电池海胆状Pd催化层（英文）[J]. 孙良良,刘丽丽,罗凌虹,吴也凡,石继军,程亮,徐序,郭友敏. 燃料化学学报. 2016(05)
[8]三维氧化石墨烯-Ag/泡沫镍复合材料的制备及其电化学性能[J]. 常建霞,酒红芳,焦红倩,张少梅,武世梅,宋霜. 过程工程学报. 2016(02)
[9]高分散二硫化钼复合纳米纤维的制备及表征[J]. 刘俊,常梦洁,杜慧玲. 人工晶体学报. 2016(04)
[10]原位负载Au纳米层在锂空气电池正极中的电催化特性[J]. 张蕾,刘清华,段晓波,华小虎,朱丁,陈云贵. 高等学校化学学报. 2016(04)
博士论文
[1]锂/空气电池高性能阴极催化剂的制备及其研究[D]. 曾晓苑.华南理工大学 2015
硕士论文
[1]废旧棉织物制备多孔碳材料及其对染料的吸附动力学研究[D]. 许巧丽.太原理工大学 2015
[2]催化剂对废旧棉织物碳化的影响及机理研究[D]. 朱秋荣.太原理工大学 2015
本文编号：2934163
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：118 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２锂空气电池的四种类型（均以锂金属作为负极）：（ａ）有机系；（ｂ）水?
１９９６年，Ａｂｒａｈａｍ与Ｊｉａｎｇ第一次研究了电解质为非水系的锂－空气电池。随后，??在２００３年，Ｒｅａｄ研究发现，非水系锂－空气电池放电时空气电极上会生成Ｌｉ２０［２ｌ］。??非水系锂－空气电池结构如图１－４所示，其可能的充放电机理如下：??负极：Ｌｉ〇Ｌｉ＋＋ｅ－?式（１－４）??正极：Ｌｉ＋＋ｌ／２０２＋ｅＶ＾ｌ／２Ｌｉ２０２?式（１－５）??Ｌｉ＋＋ｅ＇＋ｌ／４０２＾ｌ／２Ｌｉ２０?式（１?－６）??由于放电反应的产物不溶于有机的电解液，会沉积到正极的表面，从而阻塞表面??孔道，导致放电停止［２２］。也有些研究者认为非水系锂空气电池的放电反应产物为ｕ２ｏ２，??且发生的是可逆反应，充电时分解为Ｌｉ和０２。目前研究比较多的非水系锂空气电池??通常包含以下结构：负极金属锂，有机电解液（溶有锂盐）和负载催化剂的空气电极??［２３］。放电时，在多孔催化剂的表面，被还原的０２与电解液中的Ｌｉ＋结合，生成Ｌｉ２０２??和Ｌｉ２０，而在电解液中，负极的金属锂被氧化，生成Ｌｉ＋；充电时，放电生成的锂的??氧化物分解，生成金属锂。锂空气电池的充电和放电之间的电势差是过电势。充电和??４??
????ｍ??图１－３水系锂－空气电池［１５］??Ｆｉｇ．?１－３?Ａｑｕｅｏｕｓ?ｌｉｔｈｉｕｍ－ａｉｒ?ｂａｔｔｅｒｙ??１９９６年，Ａｂｒａｈａｍ与Ｊｉａｎｇ第一次研究了电解质为非水系的锂－空气电池。随后，??在２００３年，Ｒｅａｄ研究发现，非水系锂－空气电池放电时空气电极上会生成Ｌｉ２０［２ｌ］。??非水系锂－空气电池结构如图１－４所示，其可能的充放电机理如下：??负极：Ｌｉ〇Ｌｉ＋＋ｅ－?式（１－４）??正极：Ｌｉ＋＋ｌ／２０２＋ｅＶ＾ｌ／２Ｌｉ２０２?式（１－５）??Ｌｉ＋＋ｅ＇＋ｌ／４０２＾ｌ／２Ｌｉ２０?式（１?－６）??由于放电反应的产物不溶于有机的电解液，会沉积到正极的表面，从而阻塞表面??孔道，导致放电停止［２２］。也有些研究者认为非水系锂空气电池的放电反应产物为ｕ２ｏ２，??且发生的是可逆反应，充电时分解为Ｌｉ和０２。目前研究比较多的非水系锂空气电池??通常包含以下结构：负极金属锂，有机电解液（溶有锂盐）和负载催化剂的空气电极??［２３］。放电时
【参考文献】：
期刊论文
[1]氧还原和析氧反应的双功能电催化剂——氮磷共掺碳负载四氧化三钴（英文）[J]. 黄颖彬,张敏,柳鹏,程发良,王立世. 催化学报. 2016(08)
[2]锂离子电池和金属锂离子电池的能量密度计算[J]. 吴娇杨,刘品,胡勇胜,李泓. 储能科学与技术. 2016(04)
[3]高电化学性能三维网状氮掺杂石墨烯的制备[J]. 钟文斌,谭兮亦. 湖南大学学报(自然科学版). 2016(06)
[4]碳纳米管的微观结构调节对锂空气电池电化学行为的影响[J]. 王海帆,魏伟,秦磊,雷宇,余唯,刘如亮,吕伟,翟登云,杨全红. 新型炭材料. 2016(03)
[5]镁空气电池空气阴极研究进展[J]. 高婧,吴晓梅,邹建新,曾小勤,丁文江. 电源技术. 2016(05)
[6]高能量密度锂离子电池负极材料研究进展[J]. 黄帅,张经纬,余来贵,张纪伟,张平余. 河南大学学报(自然科学版). 2016(03)
[7]采用简易方法合成直接乙醇固体氧化物燃料电池海胆状Pd催化层（英文）[J]. 孙良良,刘丽丽,罗凌虹,吴也凡,石继军,程亮,徐序,郭友敏. 燃料化学学报. 2016(05)
[8]三维氧化石墨烯-Ag/泡沫镍复合材料的制备及其电化学性能[J]. 常建霞,酒红芳,焦红倩,张少梅,武世梅,宋霜. 过程工程学报. 2016(02)
[9]高分散二硫化钼复合纳米纤维的制备及表征[J]. 刘俊,常梦洁,杜慧玲. 人工晶体学报. 2016(04)
[10]原位负载Au纳米层在锂空气电池正极中的电催化特性[J]. 张蕾,刘清华,段晓波,华小虎,朱丁,陈云贵. 高等学校化学学报. 2016(04)
博士论文
[1]锂/空气电池高性能阴极催化剂的制备及其研究[D]. 曾晓苑.华南理工大学 2015
硕士论文
[1]废旧棉织物制备多孔碳材料及其对染料的吸附动力学研究[D]. 许巧丽.太原理工大学 2015
[2]催化剂对废旧棉织物碳化的影响及机理研究[D]. 朱秋荣.太原理工大学 2015
本文编号：2934163
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlilw/2934163.html
教材专著
