锂空气电池空气极材料的制备与充放电性能的研究

发布时间：2017-07-30 05:05

  本文关键词：锂空气电池空气极材料的制备与充放电性能的研究

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【摘要】：随着化石能源的枯竭,新型能源的研究越来越受到人们的重视,在可充电电池中,锂空气电池由于其极高的比能量且环境友好更是备受关注。锂空气电池的能量密度是传统锂离子电池的5-10倍,理论比能量达到11140Wh/kg,能与汽油相媲美。在锂空气电池中,正极部分的反应占有重要部分,对正极材料的要求是能扩散气体,能存储放电产物,也能传导电子。碳纳米管、石墨烯由于其拥有大的比表面积,良好的气体扩散性,稳定的化学性质和优良的导电性成为比较好的正极材料。本文将介绍碳纳米管的分类、性质以及石墨烯的性质及应用,并分析锂空气电池的原理以及碳纳米管、石墨烯作为正极材料的优越性。本文还将介绍碳纳米管、石墨烯的表征方法,包括透射电子显微镜、扫描电子显微镜、拉曼光谱仪和能量色散X射线谱。本文将采用加入催化剂MnO2、Pd等与碳纳米管制备复合材料作为空气极封装电池进行测试,并与纯碳纳米管所封装的电池进行比较,发现MnO2具有减小过电位的特性,Pd具有良好的改善电池循环性能的作用；分别采用热还原氧化石墨烯和CVD方法制备石墨烯并封装的电池进行对比,发现前者的放电比容量要大于后者；制备MnO2/Graphene/CNT复合材料在不同电流密度下进行测试进行比较,发现电流密度越小,放电比容量就会越大。本课题的研究还存在着放电循环性能不佳,放电比容量不够大等不足,本文将通过改善锂空气电池的测试装置以及对正极材料加入催化剂等方法改善电池充放电性能,减小过电位,使得锂空气电池的性能进一步提高。
【关键词】：锂空气电池 碳纳米管 石墨烯 MnO_2 放电比容量 放电电流密度 催化剂
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM911.41
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-33
• 1.1 锂空气电池(Lithium-air battery)11-15
• 1.1.1 锂空气电池概述11
• 1.1.2 锂空气电池的分类11-15
• 1.1.2.1 水系锂空气电池11-12
• 1.1.2.2 有机系锂空气电池12-13
• 1.1.2.3 混合系锂空气电池13-14
• 1.1.2.4 固态系锂空气电池14-15
• 1.2 锂空气电池的研究进展15-28
• 1.2.1 负极锂16-18
• 1.2.2 电解液18-21
• 1.2.2.1 有机溶剂18-20
• 1.2.2.2 锂盐20-21
• 1.2.3 催化剂21-23
• 1.2.3.1 金属氧化物及其复合材料21-22
• 1.2.3.2 贵金属22
• 1.2.3.3 金属酞菁22-23
• 1.2.4 空气极23-27
• 1.2.4.1 碳纳米管(Carbon Nanotube,CNT)23-25
• 1.2.4.2 石墨烯(Graphene)25-27
• 1.2.5 有机系锂空气电池面临的挑战27-28
• 1.3 本论文的研究内容28-30
• 参考文献30-33
• 第二章 样品的表征及测试方法与仪器33-42
• 2.1 表征方法33-37
• 2.1.1 拉曼光谱仪33-34
• 2.1.2 扫描电子显微镜34-35
• 2.1.3 透射电子显微镜35-36
• 2.1.4 能量色散X射线谱36-37
• 2.2 锂空气电池的封装测试装置37-39
• 2.2.1 锂空气电池的封装37-38
• 2.2.2 锂空气电池的测试方法38
• 2.2.2.1 恒流充放电测试38
• 2.2.2.2 循环伏安法38
• 2.2.2.3 交流阻抗法38
• 2.2.3 锂空气电池的测试装置38-39
• 2.3 本章小结39-41
• 参考文献41-42
• 第三章 空气电极材料的制备、表征及测试42-64
• 3.1 引言42
• 3.2 催化剂修饰空气极并进行电池测试42-52
• 3.2.1 MnO_2修饰CNT复合材料42-48
• 3.2.1.1 MnO_2修饰CNT复合材料的制备42-43
• 3.2.1.2 空气极的制备43
• 3.2.1.3 MnO_2修饰CNT复合材料的SEM43-44
• 3.2.1.4 MnO_2修饰CNT复合材料的EDX44-45
• 3.2.1.5 MnO_2修饰CNT复合材料的拉曼光谱45
• 3.2.1.6 MnO_2修饰CNT复合材料的TEM45-46
• 3.2.1.7 MnO_2修饰CNT复合材料恒流充放电测试46-47
• 3.2.1.8 MnO_2修饰CNT复合材料的CV47-48
• 3.2.1.9 MnO_2修饰CNT复合材料的EIS48
• 3.2.2 Pd、MnO_2、CNT复合材料48-51
• 3.2.2.1 Pd、MnO_2、CNT复合材料的制备48-49
• 3.2.2.2 Pd、MnO_2、CNT复合材料的SEM49
• 3.2.2.3 Pd、MnO_2、CNT复合材料的EDX49-50
• 3.2.2.4 Pd、MnO_2、CNT复合材料恒流充放电测试50-51
• 3.2.2.5 Pd、MnO_2、CNT复合材料的CV51
• 3.2.3 小结51-52
• 3.3 石墨烯作为空气极并进行电池测试52-58
• 3.3.1 氧化石墨烯的制备52-53
• 3.3.2 热还原制备石墨烯53-54
• 3.3.2.1 热还原石墨烯的拉曼光谱53
• 3.3.2.2 热还原石墨烯的SEM53-54
• 3.3.2.3 热还原石墨烯的TEM54
• 3.3.3 CVD生长石墨烯54-58
• 3.3.3.1 CVD生长石墨烯步骤54-55
• 3.3.3.2 CVD生长石墨烯的拉曼光谱55
• 3.3.3.3 CVD生长石墨烯的SEM55-56
• 3.3.3.4 CVD生长石墨烯与热还原石墨烯恒流充放电测试56-57
• 3.3.3.5 CVD生长石墨烯与热还原石墨烯的CV57-58
• 3.3.3.6 CVD生长石墨烯与热还原石墨烯的EIS58
• 3.3.4 小结58
• 3.4 MnO_2/Graphene/CNT复合材料并进行电池测试58-63
• 3.4.1 MnO_2/Graphene/CNT复合材料的制备58-59
• 3.4.2 MnO_2/Graphene/CNT复合材料的SEM59
• 3.4.3 MnO_2/Graphene/CNT复合材料的EDX59-60
• 3.4.4 MnO_2/Graphene/CNT复合材料的拉曼光谱60
• 3.4.5 MnO_2/Graphene/CNT复合材料的TEM60-61
• 3.4.6 MnO_2/Graphene/CNT复合材料恒流充放电测试61-62
• 3.4.7 小结62-63
• 参考文献63-64
• 第四章 总结与展望64-65
• 硕士期间成果65-66
• 致谢66

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