纳米β-FeOOH碳复合材料的锂空气电池正极性能研究

发布时间：2017-09-14 17:30

  本文关键词：纳米β-FeOOH碳复合材料的锂空气电池正极性能研究

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【摘要】：随着科技的发展,人们对移动电源提出了更高的要求,尤其是对提高电池容量上的需求最为迫切。锂空气电池由于其具有接近于汽油的比能量,以及高于汽油的实际容量,使得锂空气电池得到了人们极大的关注。目前,锂空气电池中性能较好的催化剂大多为贵金属,成本昂贵,所以寻找到一种廉价的,同时又能够降低锂空气电池充放电过电位,提高其循环性能的空气电极催化剂材料,可以极大地促进锂空气电池的发展,其中过渡金属(氢)氧化物具有极大的潜力。本文针对寻找一种过渡金属(氢)氧化物作为锂空气电池催化剂材料,合成得到了具有梭状外貌的β-Fe OOH纳米棒,并将其分别与石墨烯和有序介孔碳(CMK)进行复合,提高其导电性、比表面积和孔隙率,同时,分别对β-Fe OOH纳米棒和其碳复合材料在锂空气电池中的性能进行了研究。本课题研究了通过一步水热法制备得到β-Fe OOH纳米棒的条件,并通过分析水热温度、反应液浓度、水热时间、溶剂成分等因素对合成产物的影响,并最终对合成条件进行优化,在80℃下进行水热反应,反应时间为4h,反应液中Fe Cl3浓度为0.1 M的条件下,成功制备了高纯度、颗粒长度~500nm,颗粒直径~100nm的β-Fe OOH纳米棒,并在此基础上,制备了β-Fe OOH/r GO和β-Fe OOH/CMK两种复合材料。本课题将β-Fe OOH纳米棒以及β-Fe OOH/r GO和β-Fe OOH/CMK两种碳复合材料作为催化剂,通过与导电添加剂Super P混合,制备了锂空气电池气体扩散电极。充放电循环测试表明,β-Fe OOH纳米棒在锂空气电池中具有良好的催化活性,在电极中活性物质与Super P比例为6:2时,比容量达到了4918m Ah g(carbon)-1,同时在电流密度为200m A g(carbon)-1,限制比容量为600 m Ah g(carbon)-1时,进行了70余次循环,但在电流密度达到500m A g(carbon)-1时,循环次数急剧减少;采用β-Fe OOH/r GO作为催化剂时,由于材料的比表面积和导电性的极大提高,其比容量达到了6000 m Ah g(carbon)-1,在电流密度为500m A g(carbon)-1,限制比容量为600 m Ah g(carbon)-1时,进行了60次循环;β-Fe OOH/CMK材料由于CMK极好的导电性和丰富的孔隙率,使其比容量得到了极大的提升,达到了作为9000 m Ah g(carbon)-1,同时还具有稳定的循环性能,在电流密度为500m A g(carbon)-1,限制比容量为600 m Ah g(carbon)-1时,进行了90次循环。
【关键词】：锂空气电池 过渡金属(氢)氧化物 β-FeOOH 石墨烯 CMK
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM911.41
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-28
• 1.1 引言8-10
• 1.2 锂-空气电池概述10-13
• 1.2.1 锂空气电池基本原理10-12
• 1.2.2 锂空气电池优缺点12-13
• 1.3 锂空气电池正极催化剂研究现状13-20
• 1.3.1 碳材料13-15
• 1.3.2 过渡金属(氢)氧化物催化剂15-17
• 1.3.3 贵金属及其合金催化剂17-18
• 1.3.4 其它催化剂材料18-19
• 1.3.5 国内外研究分析19-20
• 1.4 羟基氧化铁研究现状20-26
• 1.4.1 羟基氧化铁基本性质20
• 1.4.2 羟基氧化铁国内外研究现状20-26
• 1.5 本课题的设计思路及主要研究内容26-28
• 第2章 实验用品与测试方法28-33
• 2.1 实验药品与设备28-29
• 2.1.1 实验药品28-29
• 2.1.2 实验设备29
• 2.2 实验方法29-31
• 2.2.1 β-FeOOH及其碳复合材料的制备方法29-30
• 2.2.1 锂空气电池正极集流体30
• 2.2.2 锂空气电池正极的制备方法30
• 2.2.3 锂空气电池的组装30-31
• 2.3 样品的形貌和结构分析31-33
• 2.3.1 扫描电子显微镜31
• 2.3.2 X射线衍射技术31
• 2.3.3 样品的电化学性能测试31-33
• 第3章 β-FeOOH及其碳复合材料的制备与表征33-47
• 3.1 引言33
• 3.2 水热法制备β-FeOOH纳米棒33-42
• 3.2.1水热法制备β-FeOOH纳米棒33-35
• 3.2.2 水热温度对β-FeOOH合成的影响35-37
• 3.2.3 反应液浓度对β-FeOOH合成的影响37-39
• 3.2.4 反应时间对β-FeOOH合成的影响39-40
• 3.2.5 溶剂成分对β-FeOOH合成的影响40-42
• 3.3 水热法制备β-FeOOH碳复合材料42-45
• 3.3.1 水热法制备β-FeOOH/rGO复合材料42-44
• 3.3.2 水热法制备β-FeOOH/CMK复合材料44-45
• 3.4 本章小结45-47
• 第4章 β-FeOOH及碳复合材料在锂空气电池中的性能47-63
• 4.1 引言47
• 4.2 锂空气电池性能测试47-57
• 4.2.1 β-FeOOH/Super P比例对性能的影响47-50
• 4.2.2 β-FeOOH的在锂空气电池中的性能50-52
• 4.2.3 β-FeOOH/rGO复合材料在锂空气电池中的性能52-55
• 4.2.4 β-FeOOH/CMK复合材料在锂空气电池中的性能55-57
• 4.3 β-FeOOH及其碳复合材料的性能比较57-61
• 4.3.1 不同材料的催化活性比较57-58
• 4.3.2 不同材料的循环性能比较58-59
• 4.3.3 不同材料的容量特性比较59-61
• 4.4 本章小结61-63
• 结论63-64
• 参考文献64-73
• 致谢73

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本文编号：851356