铝—空气电池阴极催化剂的制备及表征

发布时间：2017-04-09 10:00

  本文关键词：铝—空气电池阴极催化剂的制备及表征，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：铝空气电池的结构是：阳极铝金属|电解质|阴极氧气，具有较高的理论开路电压2.73V和优异的比能量(金属铝的比能量为8.1kWh/kg；电池的比能量为2.8kWh/kg)，近年来引起了全世界的关注,是一种具有发展潜力的新型电源体系。而催化剂的性质对铝-空气电池的放电性能有很大的影响，石墨烯作为一种新型的铝-空气电池催化剂，因其具有良好的物理、化学和机械性能使其在催化载体等方面有着潜在的应用前景。本论文尝试将石墨烯作为催化剂及载体应用于铝-空气电池空气阴极。 主要用热膨胀法制备了石墨烯，用微波辅助乙二醇法制备石墨烯基铂-钴合金催化剂(Pt-Co/rGO)，并将其应用于铝空气电池阴极。通过X-射线衍射、红外光谱、扫描电镜、拉曼光谱、透射电镜等测试手段对催化剂粉末进行表征，观察其形貌。利用循环伏安、线性扫描、恒流放电对空气电极进行测试。 实验结果表明增加预处理过程，增长冰浴时间能得到氧化性较好的氧化石墨，使用PANI修饰制备的石墨烯具有较大的比表面积，还原效果好。 在石墨烯上负载Pt-Co合金，改变金属Pt与Co质量比，发现当质量比为1:2时，所制备的催化剂具有较好的氧还原活性。 分别将XC-72和MWCNT与石墨烯复合做催化剂载体，发现其活性远高于单独使用XC-72、MWCNT和石墨烯基催化剂的活性。当GO与XC-72质量之比为2:1时，得到的空气电池，在相同放电条件下具有更高的放电平台。在10mA、20mA、30mA、40mA放电条件下分别可以达到1.31V、1.0V、0.54V、0.48V。当GO与MWCNT质量之比为2:1时，得到的空气电池，在相同放电条件下具有更高的放电平台，在10mA、20mA、30mA、40mA放电条件下分别可以达到1.38V、0.65V、0.62V、0.58V。本论文所有空气电极的制备均采用扩散层-集流体-扩散层-催化层的构型，以增强氧气的扩散能力，减少集流体的腐蚀和电解液的泄露，这样可以提高电池的放电性能。
【关键词】：铝-空气电池 石墨烯 氧还原 催化剂
【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】：2013
【分类号】：TM911.41;O643.36
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-23
• 1.1 铝-空气电池的研究进展10-11
• 1.2 铝空气电池的工作原理11-12
• 1.3 铝-空气电池的结构与特点12-13
• 1.4 铝空气电池空气电极的研究13-14
• 1.5 空气电极典型催化剂14-16
• 1.5.1 廉价催化剂14
• 1.5.2 金属有机大环螯合物14
• 1.5.3 钙钛矿型氧化物催化剂14-15
• 1.5.4 贵金属催化剂15-16
• 1.6 空气电极催化剂载体的研究16-22
• 1.6.1 石墨烯制备方法的研究17-21
• 1.6.2 石墨烯负载贵金属的研究21-22
• 1.7 论文研究的目的、意义及内容22-23
• 第2章 实验部分23-33
• 2.1 实验所用药品、制备设备以及分析仪器23-24
• 2.1.1 实验所用药品23-24
• 2.1.2 实验所用仪器24
• 2.2 实验方法24-28
• 2.2.1 氧化石墨(GO)的制备24-26
• 2.2.2 石墨烯(rGO)的制备26-27
• 2.2.3 Pt-Co/rGO 催化剂的制备的制备27-28
• 2.3 表征方法28-29
• 2.3.1 傅里叶变换红外光谱(FT-IR)28
• 2.3.2 X 射线衍射测试(XRD)28
• 2.3.3 扫描电子显微镜(SEM)及能谱(EDX)28
• 2.3.4 透射电子显微镜(TEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)28-29
• 2.4 电化学性能测试与分析29-33
• 2.4.1 研究电极的制备29
• 2.4.2 氧还原电极的制备及模拟电池的组装29-31
• 2.4.3 线性扫描(LSV)测试31
• 2.4.4 循环伏安(CV)测试31-32
• 2.4.5 铝-空气电池恒流放电表征32-33
• 第3章 石墨烯催化剂的制备及表征33-46
• 3.1 前言33
• 3.2 氧化石墨的制备与表征33-39
• 3.2.1 预处理对制备氧化石墨的影响33-36
• 3.2.2 冰浴时间对制备氧化石墨的影响36-39
• 3.3 石墨烯的制备39
• 3.4 石墨烯的结构分析与形貌39-43
• 3.5 石墨烯氮气吸附脱附曲线分析43-44
• 3.6 石墨烯基空气电极的制备与电池组装44-45
• 3.7 本章小结45-46
• 第4章 Pt-Co/rGO 催化剂的制备与表征46-60
• 4.1 前言46
• 4.2 微波体系的选定46-49
• 4.2.1 XRD 分析46-47
• 4.2.2 电化学性能表征47-49
• 4.3 添加助分散剂量的选取49-51
• 4.3.1 XRD 分析49-50
• 4.3.2 电化学性能表征50-51
• 4.4 微波时间的选择51-53
• 4.4.1 XRD 分析52
• 4.4.2 电化学性能表征52-53
• 4.5 制备不同金属比例的 Pt-Co/rGO 催化剂53-59
• 4.5.1 Pt-Co/rGO 催化剂的结构与形貌分析54-57
• 4.5.2 电化学性能表征57-58
• 4.5.3 空气电极的制备与电池性能测试58-59
• 4.6 本章小结59-60
• 第5章 复合催化剂载体改性初探60-73
• 5.1 活性炭 XC-72 与石墨烯的复合60-64
• 5.1.1 结构与形貌分析60-61
• 5.1.2 电化学性能表征61-63
• 5.1.3 空气电极的制备与电池性能测试63-64
• 5.2 多壁碳纳米管(MWCNT)与石墨烯的线面结构复合64-68
• 5.2.1 结构与形貌分析64-66
• 5.2.2 电化学性能表征66-67
• 5.2.3 空气电极的制备与电池性能测试67-68
• 5.3 不同金属比例 Pt-Co/rGO2-MWCNT1的制备与表征68-72
• 5.3.1 电化学性能表征70-71
• 5.3.2 空气电极的制备与电池性能测试71-72
• 5.4 本章小结72-73
• 结论73-74
• 参考文献74-79
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果79-81
• 致谢81

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