自支撑锂-氧气电池正极材料的可控制备及性能研究
发布时间：2021-11-29 01:41
锂-氧气电池由于其超高的理论能量密度而受到广泛关注,但由于其存在的实际能量密度低、往返效率差、过电势高以及不太理想的循环寿命等问题限制了锂-氧气电池的商业化应用。这些问题主要与正极材料的氧还原反应（ORR）和氧析出反应（OER）动力学有关,同时放电产物Li2O2的宽带隙（4-5 eV）迫使其需要在高电位下才能分解,导致发生不期望的寄生反应,从而降低了电池的循环稳定性和能量效率。高效的催化剂对于改善ORR和OER动力学具有显著效果,适宜框架结构的正极材料可以容纳更多的放电产物,也是提升电池性能的有效途径。目前针对上述问题的研究主要集中在开发合理结构的正极材料和高效活性的催化剂。本工作以泡沫镍（Ni）为基底,通过水热法在其骨架上合成了一系列锂-氧气电池金属硫化物自支撑正极;以碳布（CC）为基底,利用磁控溅射对碳布进行氮掺杂,并通过水热合成法和高温退火处理制备氮掺杂碳布复合磷化物自支撑正极。采用X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱分析（XPS）、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）对电极的物相和微观形貌进行了表征,采用循环伏安法、恒...
【文章来源】：成都理工大学四川省
【文章页数】：119 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
各种可充电电池的比能量密度[LuJ,2014]
学能转化为电能的新型储能装置（Yi L C,2016）。其结构、正极多孔材料、催化剂以及电解液（Wen Z Y,2105; Hua解质的不同可以将锂-氧气电池分为四类（Ma Z,2015图 1-2 描述了四种不同电解质的锂-氧气电池：（a）有机b）水系电解质锂-氧气电池、（c）全固态电解质锂-氧气锂-氧气电池。有机体系锂-氧气电池具有独特的开放式结的封闭式结构，锂-氧气电池正极多孔结构与外界接触，中的传输；水系锂-氧气电池的电解液溶剂为水，而金属氢气，导致电池存在严重的安全隐患，因此在锂负极和电阻水渗透又能传导锂离子的隔膜；全固态锂-氧气电池其类似，区别在于正极是否开孔，而且在充放电过程中由于应，因此目前对于全固态体系的研究还不是很多；混合以避免水与金属锂反应，但是其制造过程较为复杂，因此在有机电解质锂-氧气电池。
1.2.1.2 锂-氧气电池的工作原理研究表明，锂-氧气电池在放电/充电过程中伴随 Li2O2的可逆生成与分解即：2Li + O2 Li2O2。放电过程中，负极金属锂失去电子变成 Li+，正极活性质氧气被还原成 O2-并与 Li+结合生成 LiO2中间体，然后 LiO2通过电化学还原生成 Li2O2或者歧化反应生成 Li2O2。由于 Li2O2绝缘不溶于电解液的特性，使Li2O2在放电过程中不断沉积在正极表面，称为氧还原反应（ORR）（Lu, J;2016）充电过程为氧析出反应（OER），在此过程中 Li2O2发生分解，释放出 Li+和 O2Li2O2的生长路径与两种经典的生长模型如图 1-3 所示：表面模型和溶液模型。根据文献报道（Lyu Z Y, 2017; Lu J,2014; LuntzAC,2014; Safari M,2014），当 LiO中间体吸附在阴极材料表面，被进一步还原成 Li2O2时，在阴极表面形成薄膜的 Li2O2，称之为表面生长模型；如果 LiO2溶于电解液中，自身发生歧化反应在溶液中成核生长，形成颗粒状的 Li2O2，称之为溶液生长模型。不同生长模型会形成不同形貌和结构的 Li2O2，进而导致不同的电池性能。
【参考文献】：
期刊论文
[1]全固态Li-O2（air）电池研究进展[J]. 卢佳垚,厉英,孔亚州. 化工新型材料. 2017(09)
[2]非水系锂氧气电池正极材料研究现状[J]. 易罗财,次素琴,孙成丽,温珍海. 化学进展. 2016(08)
[3]金箔上单层MoS2的控制生长及电催化析氢应用[J]. 史建平,马冬林,张艳锋,刘忠范. 化学学报. 2015(09)
[4]高性能锂-空气电池材料的研究[J]. 黄征,池波,蒲健,李箭. 化学进展. 2013(Z1)
[5]能源与人类文明[J]. 谭国武,邱建忠. 现代物理知识. 2007(02)
[6]锂离子电池负极材料的研究进展[J]. 颜剑,苏玉长,苏继桃,卢普涛. 电池工业. 2006(04)
本文编号：3525582
【文章来源】：成都理工大学四川省
【文章页数】：119 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
各种可充电电池的比能量密度[LuJ,2014]
学能转化为电能的新型储能装置（Yi L C,2016）。其结构、正极多孔材料、催化剂以及电解液（Wen Z Y,2105; Hua解质的不同可以将锂-氧气电池分为四类（Ma Z,2015图 1-2 描述了四种不同电解质的锂-氧气电池：（a）有机b）水系电解质锂-氧气电池、（c）全固态电解质锂-氧气锂-氧气电池。有机体系锂-氧气电池具有独特的开放式结的封闭式结构，锂-氧气电池正极多孔结构与外界接触，中的传输；水系锂-氧气电池的电解液溶剂为水，而金属氢气，导致电池存在严重的安全隐患，因此在锂负极和电阻水渗透又能传导锂离子的隔膜；全固态锂-氧气电池其类似，区别在于正极是否开孔，而且在充放电过程中由于应，因此目前对于全固态体系的研究还不是很多；混合以避免水与金属锂反应，但是其制造过程较为复杂，因此在有机电解质锂-氧气电池。
1.2.1.2 锂-氧气电池的工作原理研究表明，锂-氧气电池在放电/充电过程中伴随 Li2O2的可逆生成与分解即：2Li + O2 Li2O2。放电过程中，负极金属锂失去电子变成 Li+，正极活性质氧气被还原成 O2-并与 Li+结合生成 LiO2中间体，然后 LiO2通过电化学还原生成 Li2O2或者歧化反应生成 Li2O2。由于 Li2O2绝缘不溶于电解液的特性，使Li2O2在放电过程中不断沉积在正极表面，称为氧还原反应（ORR）（Lu, J;2016）充电过程为氧析出反应（OER），在此过程中 Li2O2发生分解，释放出 Li+和 O2Li2O2的生长路径与两种经典的生长模型如图 1-3 所示：表面模型和溶液模型。根据文献报道（Lyu Z Y, 2017; Lu J,2014; LuntzAC,2014; Safari M,2014），当 LiO中间体吸附在阴极材料表面，被进一步还原成 Li2O2时，在阴极表面形成薄膜的 Li2O2，称之为表面生长模型；如果 LiO2溶于电解液中，自身发生歧化反应在溶液中成核生长，形成颗粒状的 Li2O2，称之为溶液生长模型。不同生长模型会形成不同形貌和结构的 Li2O2，进而导致不同的电池性能。
【参考文献】：
期刊论文
[1]全固态Li-O2（air）电池研究进展[J]. 卢佳垚,厉英,孔亚州. 化工新型材料. 2017(09)
[2]非水系锂氧气电池正极材料研究现状[J]. 易罗财,次素琴,孙成丽,温珍海. 化学进展. 2016(08)
[3]金箔上单层MoS2的控制生长及电催化析氢应用[J]. 史建平,马冬林,张艳锋,刘忠范. 化学学报. 2015(09)
[4]高性能锂-空气电池材料的研究[J]. 黄征,池波,蒲健,李箭. 化学进展. 2013(Z1)
[5]能源与人类文明[J]. 谭国武,邱建忠. 现代物理知识. 2007(02)
[6]锂离子电池负极材料的研究进展[J]. 颜剑,苏玉长,苏继桃,卢普涛. 电池工业. 2006(04)
本文编号：3525582
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