钛基自支撑电极在电化学储能器件中的研究

发布时间：2017-09-27 01:34

  本文关键词：钛基自支撑电极在电化学储能器件中的研究

  更多相关文章： RuOx/TiN 纳米管阵列 TiO_2纳米管阵列 锂空气电池正极 可充镁电池

【摘要】：传统化石能源的稀缺以及严重的环境污染使得国家大力推动电动汽车的研发和普及,而电动汽车的开发对化学电源的研究提出了更高的要求。因此发展具有高比能量的新型储能电池成为研究的重点。本论文主要是从过渡金属Ti出发,对其氮化物、氧化物作为储能电池正极材料的电化学性能进行探索。通过结构的优化以及与其他材料的复合等方法来提高其电子导电性、催化活性等,从而达到提高电池能量密度以及循环稳定性和倍率性能的目的。主要包括以下内容:1.经过阳极腐蚀、氨气高温处理这两步反应过程,直接在Ti网表面制成TiN纳米管阵列(TiN NTA),随后使用循环伏安法在TiN NTA内壁上电沉积RuOx,制备了一种同轴RuOx/TiN NTA自支撑锂空气电池正极催化剂。该材料具有良好纳米孔道结构,因其独特的自支撑TiN纳米管阵列结构而具有优异的电子导电性。同时,RuOx的加入优化了材料的催化活性,有利于催化Li2O_2的分解,从而降低了电池的充放电极化,有利于电池的稳定循环。此外,由于是非碳材料自支撑电极,避免了碳材料与放电产物之间的副反应,也不存在粘结剂对电池的影响,因此,RuOx/TiN NTA自支撑材料是作为锂空气电池正极材料拥有广泛的发展空间。2.通过阳极氧化方法直接在Ti网表面制备TiO_2纳米管阵列(TiO_2 NTA),之后在空气中,以450℃的温度对制备的TiO_2 NTA进行高温处理,将其制备成锐钛矿型,将其作为电极材料应用于可充镁电池中,其中,使用混合了硼氢化锂/硼氢化镁两种盐的四乙二醇二甲醚溶液做为电解液,通过在纯镁盐的有机电解液中添加锂盐来优化电池体系,以此提高电池的比容量以及倍率性能。该电池的测试结果证明,基于这种TiO_2 NTA材料的电池在锂离子、镁离子混合电解液的作用下,具有较高的比容量,同时表现出优异的倍率性能和循环性能。
【关键词】：RuOx/TiN 纳米管阵列 TiO_2纳米管阵列 锂空气电池正极 可充镁电池
【学位授予单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O646.54
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 1 前言8-35
• 1.1 引言8-9
• 1.2 锂空气电池概述9-21
• 1.2.1 锂空气电池简介9-13
• 1.2.2 锂空气电池存在的问题13-17
• 1.2.3 锂空气电池空气电极的构筑17-21
• 1.3 镁电池概述21-29
• 1.3.1 镁电池简介21-23
• 1.3.2 镁电池存在的问题及研究现状23-29
• 1.4 钛基材料在电化学储能器件中的应用29-33
• 1.4.1 氮化钛在电化学储能器件中的应用29-32
• 1.4.2 二氧化钛在电化学储能器件中的应用32-33
• 1.5 本论文选题意义及主要研究内容33-35
• 2 同轴Ru O_x/TiN纳米管阵列作为有机系锂空气电池正极的研究35-50
• 2.1 引言35-36
• 2.2 实验部分36-39
• 2.2.1 实验试剂及仪器设备36-37
• 2.2.2 TiN纳米管阵列的制备37-38
• 2.2.3 同轴RuO_x/TiN纳米管阵列的制备38
• 2.2.4 对照实验电极材料的制备38
• 2.2.5 结构表征及性能测试38-39
• 2.2.6 锂空气电池组装及测试39
• 2.3 结果与讨论39-49
• 2.3.1 RuO_x/TiN纳米管阵列材料的理化性质39-42
• 2.3.2 基于RuO_x/TiN NTA电极的锂空气电池的充放电性能测试42-46
• 2.3.3 基于RuO_x/TiN NTA电极的锂空气电池的放电产物表征46-49
• 2.4 本章小结49-50
• 3 TiO_2纳米管阵列作为锂镁混合电解质体系镁电池正极的研究50-60
• 3.1 引言50-51
• 3.2 实验部分51-53
• 3.2.1 实验试剂及仪器设备51-52
• 3.2.2 TiO_2纳米管阵列的制备52
• 3.2.3 对照实验电极材料的制备52
• 3.2.4 结构表征及性能测试52
• 3.2.5 镁电池组装及测试52-53
• 3.3 结果与讨论53-59
• 3.3.1 TiO_2纳米管阵列的理化性质53-54
• 3.3.2 基于TiO_2纳米管阵列电极的镁电池的充放电性能测试54-59
• 3.4 本章小结59-60
• 结论60-62
• 参考文献62-75
• 致谢75-76
• 攻读硕士学位期间已发表的学术论文目录76-77

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本文编号：926947