有机体系锂—空气电池性能优化的研究

发布时间：2017-08-05 23:17

  本文关键词：有机体系锂—空气电池性能优化的研究

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【摘要】：有机体系锂-空气电池的理论能量密度高达11680 W·h/kg,其储能能力远高于其他电池体系。但目前的锂-空气电池中还存在很多问题亟待解决,比如电池的稳定性和可逆性都有待提高,其过电位较高并且循环性能较差。通过对电池本身和测试条件的控制和改进可以优化其循环性能。本文以简单的反相共沉淀方法合成的新型催化剂LaNiO_3纳米颗粒表现出了高效的催化活性.在以泡沫镍作为空气电极集流体的研究中,所制备的锂-空气电池的放电容量可以达到1109mAh/g,放电平台为2.59V。比较了两种碳材料(Super P和石墨烯微片)作为载体的空气电极对电池性能的影响,发现多孔性的电极结构更有利于电池性能的提高。此外,还分析了控制电解液(1mol/L LiTFSI/TEGDME)中水含量的必要性。实验结果表明,经过上述三方面优化的锂-空气电池具有稳定的循环性能,循环第五圈的容量保持率为96.21%,且不出现电压平台的明显变化。接下来又考察了集流体对性能的影响,发现使用碳纤维纸制备空气电极能使电池性能大幅提升。以上研究明确了有机体系锂-空气电池的最佳组装和测试条件,在此基础上又着重研究了新型催化剂LaNiO_3对电池性能的改善。最终,所组装的锂-空气电池表现出低的充放电电压差(878mV),优异的循环稳定性(循环圈数155)以及稳定的放电平台(始终高于2.51V),而使用的催化剂只占空气电极总载量的18 wt%。LaNiO_3催化剂表现出的优异催化性能被归因于LaNiO_3材料本身的高催化活性、催化剂材料所具有的介孔结构及其高分散性。
【关键词】：锂-空气电池 催化剂 循环性能 空气电极 LaNiO_3
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM911.41;O643.36
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-30
• 1.1 引言8-10
• 1.2 锂-空气电池的分类及工作原理10-12
• 1.2.1 不同电解质体系的锂-空气电池10
• 1.2.2 不同体系锂-空气电池工作原理10-12
• 1.3 有机体系二次锂-空气电池12-27
• 1.3.1 有机体系电解液13-20
• 1.3.2 有机体系锂-空气电池中空气电极的电极材料20-23
• 1.3.3 有机体系二次锂-空气电池的催化剂23-27
• 1.4 本文研究的思路及主要工作27-30
• 1.4.1 本文的研究思路27-29
• 1.4.2 本文的主要工作29-30
• 第二章 实验仪器和表征方法30-35
• 2.1 实验涉及的主要仪器和试剂30-31
• 2.1.1 主要试剂30-31
• 2.1.2 主要仪器31
• 2.2 材料测试与表征31-33
• 2.2.1 氮气吸脱附测试31-32
• 2.2.2 扫描电子显微镜测试(Scanning Electron Microscopy, SEM)32
• 2.2.3 透射电子显微镜(Transmission Electron Microscope, TEM)32
• 2.2.4 X射线衍射(X-Ray Diffraction, XRD)32-33
• 2.3 电化学性能测试与表征33-35
• 2.3.1 循环伏安测试（Cyclic Voltammetry, CV）33
• 2.3.2 电池充放电测试（DC）33
• 2.3.3 电化学阻抗测试（AC impedance）33-35
• 第三章 锂-空气电池组装、测试及性能的优化35-44
• 3.1 引言35
• 3.2 实验部分35-36
• 3.2.1 空气电极的制备35-36
• 3.2.2 电解液36
• 3.2.3 锂-空气电池的组装36
• 3.2.4 锂-空气电池性能测试36
• 3.3 结果与讨论36-43
• 3.3.1 以泡沫镍为集流体的优化后的锂-空气电池性能37-39
• 3.3.2 碳材料对锂-空气电池性能的影响39
• 3.3.3 电解液水含量对锂-空气电池性能的影响39-41
• 3.3.4 集流体对锂-空气电池性能的影响41-43
• 3.4 本章小结43-44
• 第四章 LaNiO_3的催化性能44-60
• 4.1 引言44-45
• 4.2 实验部分45-46
• 4.2.1 中孔LaNiO_3纳米颗粒的合成45
• 4.2.2 材料表征45
• 4.2.3 空气电极制备45
• 4.2.4 电化学测试45-46
• 4.2.5 电极表征46
• 4.3 结果与讨论46-58
• 4.4 本章小结58-60
• 第五章 结论60-61
• 参考文献61-69
• 发表论文和参加科研情况说明69-70
• 致谢70-71

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