碳化钼纳米晶的可控制备及其在锂氧气电池中电化学性能的研究

发布时间：2017-10-30 18:42

  本文关键词：碳化钼纳米晶的可控制备及其在锂氧气电池中电化学性能的研究

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【摘要】：随着经济的发展和人口数量的增多,人类对化石能源的消耗不断增加,化石能源作为典型的不可再生能源,早晚会枯竭,且其燃烧也会造成环境污染,导致环境问题日益加剧,目前,开发环境友好的新型能源是当今科研工作者的研究重点。因此,研发环境友好的高性能的能源转化与存储设备变得尤为重要。锂氧气电池理论比能量为11400 Wh/kg,与汽油相当,成为极具有发展潜力的新型储能设备。近年来,非碳氧气电极材料因其可以有效地避免碳材料常见的副反应的发生,提高了锂氧气电池的电化学性能等优势,吸引了很多科研工作者的研究兴趣。本论文首先采用简单液相法制备纳米片状的M02C,大小为200-300nm。将其直接用作锂氧气电池非碳氧气电极材料,以1 M LiClO4/DMSO为电解液组装成锂氧气电池。在限制充放电比容量为300 mAh/g,电流密度为100 mA/g的条件下,电池的首次循环过电势为0.62 V,明显低于以传统碳材料—-Super P作为氧气电极组装成电池的首次循环过电势(1.33V)。然而电池的循环性能和倍率性能不尽如人意,这可能是因为材料自身纳米片间堆叠过于紧密,不利于放电产物Li202的存储、02的扩散和电解液的充分浸润。我们又通过模板法制备具有介孔结构的M02C纳米管,纳米管的直径约为300 nm,比表面积为193.4 m2/g,孔径分布为3-30 nm。将其用作锂氧气电池非碳氧气电极材料,以1 M LiClO4/DMSO为电解液组装成锂氧气电池。在限制充放电比容量为500 mAh/g,电流密度为100 mA/g的条件下,电池首次循环电池过电势为0.46 V,比用M02C纳米片作为氧气电极组装成电池的首次循环过电势低0.16 V。当电流密度分别为100、200和300 mA/g时,电池均可稳定循环30圈,表现了良好的循环性能和倍率性能。可见,与纳米片状M02C相比,纳米管状M02C电化学性能明显的提高。这归功于M02C纳米管特殊的孔道结构,其有利于放电产物Li202的存储、电解液的充分浸润以及02的扩散。
【关键词】：锂氧气电池 非碳氧气电极 碳化钼纳米管 介孔结构 过电势
【学位授予单位】：东北师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.1;TM911.41
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 引言8-23
• 1.1 锂氧气电池的研究背景8-9
• 1.2 锂氧气电池的工作原理9-11
• 1.3 锂氧气电池优势及其所面临的挑战11-12
• 1.3.1 锂氧气电池的优势11
• 1.3.2 锂氧气电池所面临的挑战11-12
• 1.4 锂氧气电池的研究进展12-21
• 1.4.1 氧气电极12-17
• 1.4.2 电解液17-21
• 1.5 选题依据和研究内容21-23
• 1.5.1 选题依据21-22
• 1.5.2 研究内容22-23
• 第二章 实验试剂,仪器与测试方法23-27
• 2.1 实验试剂23
• 2.2 实验仪器23-24
• 2.3 物化性能表征24-26
• 2.3.1 X-射线衍射技术分析法24
• 2.3.2 场发射扫描电子显微镜分析法24-25
• 2.3.3 透射电子显微镜分析法25
• 2.3.4 X-射线光电子能谱分析法25
• 2.3.5 比表面积分析法25
• 2.3.6 热重分析法25-26
• 2.4 电化学性能表征26-27
• 2.4.1 循环伏安测试分析法26
• 2.4.2 恒电流充放电测试26-27
• 第三章 碳化钼纳米片作为非碳氧气电极性能研究27-33
• 3.1 引言27-28
• 3.2 实验部分28-29
• 3.2.1 材料合成28
• 3.2.2 氧气电极的制备及电池的组装28-29
• 3.3 结果与讨论29-32
• 3.4 本章小结32-33
• 第四章 碳化钼纳米管制备及其电化学性能的研究33-43
• 4.1 引言33
• 4.2 材料的合成33-34
• 4.2.1 材料合成33-34
• 4.2.2 氧气电极的制备及电池的组装34
• 4.3 结果与讨论34-41
• 4.4 本章小结41-43
• 第五章 结论43-44
• 参考文献44-51
• 致谢51-52
• 在学期间公开发表论文及著作情况52

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本文编号：1118871