金铂合金的磁电沉积及其在锂空气电池中的催化性能

发布时间：2017-10-05 14:11

  本文关键词：金铂合金的磁电沉积及其在锂空气电池中的催化性能

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【摘要】：锂空气电池的理论比能量与汽油相当,是极具潜力的二次电池。锂空气电池的充放电性能与空气电极上氧气的还原与析出反应速率关系密切。Au Pt合金对氧气的还原与析出反应具有高效的催化活性。通过电沉积方法制备Au Pt合金催化剂具有工艺简单、负载量可控等优点,但是,还存在催化剂颗粒粒径较大及活性表面积较小等缺点。在电沉积过程中施加磁场的磁电沉积方法能够影响金属离子的传质和金属的电结晶过程。本文在碳纸(CP)或负载了碳粉(C)的碳纸上电沉积Au Pt合金,研究了磁场对于Au Pt纳米颗粒的电沉积过程的影响,以及碳载Au Pt催化剂的空气电极在锂空气电池中的催化性能。改变镀液中的主盐浓度比,发现当HAu Cl4为8mmol·L-1,H2Pt Cl6为12mmol·L-1,H2SO4为0.5 mol·L-1,电流密度为20m A·cm-2,电镀时间为25s时,恒电流沉积获得了粒径约为200nm的Au0.5Pt0.5合金,在溶解了双三氟甲磺酰亚胺基锂的1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐离子液体电解液(EMITFSI+Li-TFSI)中对O2的催化活性较高。用该工艺条件制备的CP/C/Au Pt空气电极,所组装的锂空气电池放电平台约为2V,在0.05m A·cm-2电流密度下,600m A·g-1定容可循环13次。循环伏安曲线测试表明,在0.2V(vs.SCE)至更负的电势范围内,Au Pt合金才能开始共沉积。在电沉积过程中施加分别与电场方向平行或垂直的磁场,极化曲线测试表明,随磁感应强度的增加,平行磁场中,极限扩散电流密度降低,而在垂直磁场中,极限扩散电流密度增加。在-0.25V至更负的范围内,磁场对电沉积过程的影响程度变小。恒电流沉积时,随着磁感应强度由0.5T升至2T,Au Pt合金对于氧气的催化活性逐渐增强。在2T平行和2T垂直磁场条件下制备了CP/C/Au Pt空气电极,用其组装的锂空气电池在0.05m A·cm-2电流密度下,放电平台为2.5V,放电比容量分别达到3500和2800m Ah·g-1。恒电势沉积解决了恒电流沉积时过电势不稳定的问题。发现恒电势沉积时磁场对于Au Pt纳米颗粒催化性能的提高较恒电流沉积时更明显。在-0.1V(vs.SCE)时,在1T平行磁场条件下所获得的Au Pt合金对O2的催化性能最优。用在该条件下制备的CP/C/Au Pt空气电极组装的锂空气电池在0.05m A·cm-2电流密度下,放电平台为2.5V,放电比容量达到3800 m Ah·g-1。
【关键词】：磁电沉积 AuPt合金 锂空气电池 催化剂 空气电极
【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】：O643.36;TM911.41
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 课题背景及研究的目的意义10-11
• 1.2 锂空气电池11-15
• 1.2.1 工作原理11-13
• 1.2.2 空气电极13-14
• 1.2.3 金属锂负极14-15
• 1.3 锂空气电池催化剂15-19
• 1.3.1 过渡金属氧化物催化剂15-17
• 1.3.2 碳系复合材料催化剂17-18
• 1.3.3 贵金属催化剂18-19
• 1.4 课题的主要研究内容19-20
• 第2章 实验材料与方法20-26
• 2.1 实验药品及材料20-21
• 2.2 实验仪器设备21-22
• 2.2.1 实验仪器21
• 2.2.2 磁场发生装置21-22
• 2.3 样品制备22-24
• 2.3.1 活性浆料制备22
• 2.3.2 CP/C及CP镀片制备22-23
• 2.3.3 CP/C/AuPt及CP/AuPt空气电极制备23-24
• 2.3.4 凝胶聚合物电解质隔膜制备24
• 2.3.5 锂空气电池制备24
• 2.4 分析测试手段24-26
• 2.4.1 对氧气的催化活性测试24-25
• 2.4.2 形貌表征25
• 2.4.3 物质组成分析25
• 2.4.4 结构表征25
• 2.4.5 电池性能测试25-26
• 第3章 恒电流沉积AuPt合金的工艺及性能26-46
• 3.1 镀液组成的影响26-32
• 3.1.1 镀液组成对AuPt合金形貌的影响26-27
• 3.1.2 镀液组成对AuPt合金组成的影响27-28
• 3.1.3 镀液组成对AuPt合金催化性能的影响28-29
• 3.1.4 镀液组成对锂空气电池性能的影响29-30
• 3.1.5 AuPt合金共沉积循环伏安行为研究30-32
• 3.2 磁场对AuPt合金及电池性能影响32-45
• 3.2.1 平行磁场对AuPt合金形貌的影响32-33
• 3.2.2 垂直磁场对AuPt合金形貌的影响33-34
• 3.2.3 磁场对AuPt合金组成和结构的影响34-35
• 3.2.4 磁场对AuPt合金催化性能的影响35-36
• 3.2.5 平行磁场对锂空气电池性能的影响36-40
• 3.2.6 垂直磁场对锂空气电池性能的影响40-43
• 3.2.7 磁场对AuPt合金共沉积行为的影响43-45
• 3.3 本章小结45-46
• 第4章 恒电势沉积AuPt合金的工艺和性能46-67
• 4.1 沉积电势的影响46-48
• 4.1.1 沉积电势对AuPt颗粒形貌及组成的影响46-47
• 4.1.2 沉积电势对AuPt合金催化性能的影响47-48
• 4.2 恒电势条件下平行磁场的影响48-57
• 4.2.1 平行磁场对AuPt颗粒形貌及组成的影响48-51
• 4.2.2 平行磁场对AuP合金催化性能的影响51-52
• 4.2.3 -0.3V沉积电势下平行磁场对锂空气电池性能的影响52-55
• 4.2.4 -0.1V沉积电势下平行磁场对锂空气电池性能的影响55-57
• 4.3 恒电势条件下垂直磁场的影响57-66
• 4.3.1 垂直磁场对AuPt颗粒形貌及组成的影响57-60
• 4.3.2 垂直磁场对AuPt合金催化性能的影响60-61
• 4.3.3 -0.3V沉积电势下垂直磁场对电池性能的影响61-63
• 4.3.4 -0.1V沉积电势下垂直磁场对电池性能的影响63-66
• 4.4 本章小结66-67
• 结论67-68
• 参考文献68-73
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果73-75
• 致谢75

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 张明;徐强;桑林;丁飞;刘兴江;焦丽芳;;新型可充锂-空气电池的纳米刺状α-MnO_2/Pd空心微球催化剂(英文)[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2014年01期

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本文编号：977225