三维石墨烯复合钴酸铜微米花电极在锂空气电池中的应用

发布时间：2020-11-14 17:20

　　 随着社会的发展和科技的进步,人们对能源的需求也在不断提高,传统石油资源的日益短缺使得开发新的能源体系成为迫在眉睫的需求,这其中,拥有高理论能量密度的锂空气电池成为研究者们关注的焦点。锂空气电池的理论能量密度接近汽油,且正极反应物为氧气,对环境无污染,因此有望成为替代汽油的新一代能源体系。但锂空气电池的研究还不完善,仍存在着充电过电位高、循环稳定性差等问题,开发稳定高效的正极催化剂被认为是解决问题的关键。本文采用化学气相沉积法在泡沫镍基底上生长了具有褶皱结构的多层三维石墨烯,其分布较为均匀、结构比较完整。以三维石墨烯为正极组装成锂空气电池进行电化学测试,其氧还原反应起始电势较低,电池的可逆性一般。首次充放电时的放电比容量为271 mAh/g,充电电压平台约为4.3V,放电电压平台约为2.4V,电势差约为1.9V。通过水热法在三维石墨烯表面合成了钴酸铜微米花,制得了三维石墨烯和钴酸铜微米花复合材料(three-dimensional graphene@CuCo2O4 Microflower,3D graphene@CuCo2O4MF),该材料具有独特的分层多孔结构,为O2和放电产物提供了充足的输运和储存空间。以3Dgraphene@CuCo204MF为正极组装成锂空气电池进行电化学测试,相比于三维石墨烯电极,3Dgraphene@CuCo2O4MF电极具有更高的氧还原反应起始电势、更好的可逆性和更低的充放电电势差,且首次充放电比容量达到3278 mAh/g,远远高于三维石墨烯电极。3 D graphene@CuCo204 MF电极具有良好的倍率性能,在0.4 A/g的电流密度下,放电比容量依然可以达到785 mAh/g。限制比容量为500 mAh/g时电池可以保持电压稳定进行169个充放电循环,首次充电平台低至3.6 V。
【学位单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM911.41
【部分图文】：

等［２１］。这其中，磷酸钛铝锂（ＬＡＴＰ，?Ｌｉｌ＋ｘＡｌｘＴｉ２．ｘ（Ｐ０４）３）和磷酸锗铝锂（ＬＡＧＰ，??Ｌｉｌ＋ｘＡｌｘＧｅ２．ｘ（Ｐ０４）３）受到了研究者们地关注。Ｋｕｍａｒ［２２］等对ＬＡＧＰ作为锂空气电池的电解??质进行了深入的研究，其电池结构示意图如图１．３所示。ＬＡＧＰ具有吸收氧分子的固有特??性，并可以与电子结合生成过氧化物和超氧化物，其反应机理为：??２ＬＡＧＰ－Ｌｉ＇?＋?０２?—?２ＬＡＧＰ－Ｌｉ＋?：?Ｏ??２ＬＡＧＰ－Ｕ＂：?Ｏ?＋?２ｃ＇?－＞?２ＬＡＧＰ－Ｕ１?＋?２０＇??２１＾?＋?２０－—１＾０２??全固态电解质体系锂空气电池可以拫好的抑制锂枝晶地生长，并且能有效避免空气中??的水和气体对金属锂负极地腐蚀，比起液体体系的锂空气电池更加安全、耐用，但其也同??样存在不足，理金属负极与全固态电解质之间的接触面积相比于液体电解质较小，并且固??态电解质对于离子的传输和氧气的扩散也不够快速，这些问题也制约了它进一步地发展。??５??

江大学硕士学位论文究表明，在碳酸盐基溶剂中，放电产物是碳酸锂和碳酸烷基酯而不是Ｌｉ２０２，主要原放电中间产物〇：ｆ会与碳酸盐基溶剂发生反应生成碳酸盐［２７］，而这些放电产物会导致的可逆性变差，有关的分解机理见图１．４。??〇２?＋?６?一?〇２＊??

２．４电池的组装??电池组装全程在Ａｒ气氛保护下的手套箱中进行，手套箱的含水量和含氧量均低于０．５??ｐｐｍ。本论文使用的是ＣＲ２０２５型锂空气电池专用电池壳，如图２．１所示，每个正极电池??壳上均句分布着１７个透气孔，可以保证氧气和正极材料地充分接触。隔膜为Ｗｈａｔｍａｎ的??破璃纤维隔膜，原始隔膜的直径为９０ｍｍ，用打孔器将隔膜裁成直径为１９?ｍｍ的大小。??电解液为丨ｍｏｌ／Ｌ的双三氟甲烷磺酰亚胺锂（ＬｉＴＦＳＩ）溶解在四乙二醇二甲醚（Ｃｌ０Ｈ２２Ｏ５＞中，??金属负极采用０．６?ｍｍ军度的高纯度电池级锂片。??翁??图２．１锂空气电池多孔正极电池壳??１６??？?＊??
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本文编号：2883739