λ-MnO_2的制备及在二次锌锰电池和氧电极催化中的应用

发布时间：2017-05-27 13:09

  本文关键词：λ-MnO_2的制备及在二次锌锰电池和氧电极催化中的应用，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着电子科技的发展,锌锰电池作为历史最悠久、发展最成熟的电池产品,其需求量及产量在逐年上升。然而,目前市场上的锌锰电池基本为一次电池,使用后大量的丢弃不仅是对资源的浪费,也对自然环境造成严重的污染。因此,探索研究循环性能好、充放电比容量高的二次锌锰电池迫在眉睫。本论文通过实验合成一种尖晶石结构的λ-MnO2,电化学实验显示在偏酸性的混盐溶液中,这种材料可充性能优异,故将这种材料作为二次锌锰电池的正极进行研究。此外,在化学电源的成员中,作为新能源电池,燃料电池因具有高效、清洁、安全等优点,而显示出广阔的发展前景。然而,这种电池的瓶颈主要是氧电极催化剂。研究价格低廉、催化活性高的催化剂是燃料电池实现商品化的必经之路。研究表明,二氧化锰的氧催化为“准四电子氧气还原催化历程”,被认为是能够替代贵金属的氧还原催化剂。本论文合成的λ-MnO2,材料的高比表面积以及大孔径表明了该晶体有很好的催化性能,故将制备的λ-MnO2,作为氧电极催化剂进行研究。全文的主要内容和创新点如下：1.首先采用高温固相法制备了前驱体LiMn2O4,接着通过酸处理前驱体得到λ-MnO2。通过一系列测试,确定了最佳合成条件为：常温下0.2 mol/L的稀盐酸不断机械搅拌处理前驱体12 h。对比前驱体LiMn2O4,产物λ-MnO2,晶面间距、晶胞参数有所减小,晶胞有轻微的收缩现象。2.将合成的三维尖晶石结构的λ-MnO2,应用于二次锌锰电池。电化学测试结果显示,电池的电化学反应为扩散控制,较传统的碱性锌锰电池工作电压(0.6～1.5 V)相比,该电池的放电电压为1.5～2.1 V,提高了50%左右。电池拥有长寿命,在充放电循环1000周期时,比容量为99.0mAh/g,衰减为第一周期的77.28%。倍率实验结果表明,在20C进行充放电时,电池依旧能给出38.3 mAh/g的放电比容量,能够满足快速充放电的供应网。3.采用溶胶凝胶法合成了钙钛矿La0.8Ce0.2MnO3粉体,将其作为掺杂剂,应用于λ-MnO2的氧电极催化的研究中。结果表明,λ-MnO2较电解二氧化锰产品催化性能有了明显的提高；由于协同作用,同时掺杂La0.8Ce0.2MnO3后的催化剂较λ-MnO2有显著提高,其中,掺杂剂以掺杂质量比λ-MnO2:La0.8Ce0.2MnO3=10:1时,催化性能最优。
【关键词】：LiMn_2O_4 λ-MnO_2 二次锌锰电池 钙钛矿 氧电极催化剂
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ137.12;O643.36
【目录】：

• 摘要4-6
• abstract6-15
• 第一章 绪论15-29
• 1.1 前言15-16
• 1.2 二氧化锰的结构16-19
• 1.2.1 α-MnO_217
• 1.2.2 β-MnO_217-18
• 1.2.3 γ-MnO_218
• 1.2.4 ε-Mn0_218
• 1.2.5 δ-MnO_218-19
• 1.2.6 λ-MnO_219
• 1.3 二氧化锰的制备19-23
• 1.3.1 固相法20
• 1.3.2 溶胶凝胶法20-21
• 1.3.3 水热法21
• 1.3.4 电化学沉积法21-22
• 1.3.5 溶液共沉淀法22-23
• 1.3.6 微乳法23
• 1.3.7 前驱体法23
• 1.4 二氧化锰的应用23-27
• 1.4.1 超级电容器的应用24
• 1.4.2 锂电池的电极材料24-26
• 1.4.3 吸附材料和污染物处理材料26
• 1.4.4 催化剂26-27
• 1.4.5 锌锰电池27
• 1.5 选题意义27-29
• 第二章 λ-MnO_2的制备和表征29-41
• 2.1 引言29-30
• 2.2 锰酸锂前驱体和λ-MnO_2的制备30-32
• 2.2.1 实验试剂30-31
• 2.2.2 实验仪器31
• 2.2.3 实验步骤31-32
• 2.3 结果与讨论32-40
• 2.3.1 前驱体LiMn_2O_4的形貌结构特征32-35
• 2.3.2 λ-MnO_2的形貌结构特征35-40
• 2.4 本章小结40-41
• 第三章 λ_MnO_2在二次锌锰电池的应用研究41-57
• 3.1 引言41
• 3.2 实验部分41-43
• 3.2.1 实验试剂41-42
• 3.2.2 实验仪器42
• 3.2.3 实验步骤42
• 3.2.4 表征方法42-43
• 3.3 结果与讨论43-55
• 3.4 本章小结55-57
• 第四章 掺杂钙钛矿La_(0.8)Ce_(0.2)MnO_3的λ-MnO_2作为氧电极催化剂的研究57-73
• 4.1 引言57-58
• 4.2 实验部分58-62
• 4.2.1 实验试剂58-59
• 4.2.2 实验仪器59
• 4.2.3 实验步骤59-61
• 4.2.4 表征方法61-62
• 4.3 结果与讨论62-71
• 4.3.1 钙钛矿La_(0.8)Ce_(0.2)MnO_3的结构表征62-66
• 4.3.2 掺杂La_(0.8)Ce_(0.2)MnO_3的λ-MnO_2的形貌结构表征66-67
• 4.3.3 掺杂La_(0.8)Ce_(0.2)MnO_3对λ-MnO_2电极电化学性能的影响67-71
• 4.4 本章小结71-73
• 第五章 结论73-75
• 参考文献75-83
• 致谢83-85
• 研究成果及发表的学术论文85-87
• 作者与导师简介87-88
• 附件88-89

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 黄庆华,李振亚,王为;电池用氧电极催化剂的研究现状[J];电源技术;2003年S1期

2 陈野;张巍;张尊波;;熔盐法制备二氧化锰及其电化学性能[J];精细化工;2009年02期

3 薛兆辉;刘兆临;马方伟;孙丽萍;霍丽华;赵辉;;水热法合成α-MnO_2纳米棒及其电化学性能[J];无机化学学报;2012年04期

4 张宝宏,张娜;纳米MnO_2超级电容器的研究[J];物理化学学报;2003年03期

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1 王闰冬;新型层状二氧化锰的高压助熔剂合成[D];吉林大学;2011年

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本文编号：400038