一种新型锂空气电池阴极材料的合成及性能研究

发布时间：2021-02-05 23:35

　　经过数十年的研究,锂空气电池的研究已经取得巨大进步,但仍存在一些难以攻克的问题成为锂空气电池发展路上的绊脚石。其中,空气阴极性能不佳,ORR和OER催化活性低,导致电池能量转换率低,循环性能差,寿命衰减严重。经研究发现,设计具有多孔结构阴极可以有效地提高比表面积,增加催化反应活性位点。在此基础上,向多孔阴极中引入电催化剂可以进一步提高电极催化活性,极大地提升电池性能。由于碳基材料独特的物理化学性质,使之广泛地应用于锂空气电池中。天然生物高分子聚合物广泛地存在于地球表面,具有价格低廉、产量高等特点,是合成碳基材料理想的前驱体。海藻酸钠作为一种常见的天然高分子聚合物,可与多种金属离子进行离子螯合形成海藻酸盐凝胶。以之为前驱体在高温碳化过程中含氧基团热分解形成二氧化碳和水并产生微孔结构,进而形成含金属纳米结构的金属/碳复合多孔材料。本文将通过一种新型的方法合成无定形多孔碳基负载过渡金属催化剂的锂空气电池阴极催化剂材料,对其结构,组成进行详细的分析,并在此基础上深入研究它的电化学性能。本文的工作包括:章节一:简单综述锂空气电池领域的背景,介绍锂空气电池的发展历程及其分类,详细介绍了非水系锂空气... 

【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

典型金属-空气电池电池配置

第 1 章 绪论因此寻找合适的溶剂作为锂空气电池的电解液成为了后续研究工作的重点。比较典型的有：Peter G.Bruce 团队发现乙醚不适合作为锂空气电池电解质故而采用结合醚和四乙二醇两种溶剂特性的四乙二醇二甲醚取代碳酸酯类作为电池有机电解质[13]；Guo 团队采用二甲氧基乙烷（DME）为电解质，清晰地显示了阴极Li2O2在第一个循环中的成核、生长和分解过程[14]；Wesley Walker 团队首次证明了直链烷基酰胺电解质溶剂比如 N，N 二甲基乙酰胺（DMF）存在下，通过使用硝酸锂盐，使 SEI（固体电解质界面）稳定[15]。1.3 锂空气电池分类如图 1.2 所示，依据电解质类型锂空气电池分为非水系（a，c，d）和水系（b），非水系又可具体分为有机电解质体系（a），固态电解质体系（c）和有机-水混合体系（d）。

系电池的研究重点是寻找一种隔膜，将两种电解质分隔避免相互影响，碍离子传导并且在两种电解质中均能够稳定存在。固态电解质体系：有别于前面三种电池采用的液态电解质，该体系电池电解质。空气中的水，二氧化碳等组分可以溶于液态电解质从而与锂电所以电池须在纯氧环境下工作。采用固态电解质可以有效避免此问题，直接在空气环境下工作，很好地解决了实用问题。此外采用固态电解质了安全性能，提高锂枝晶穿透耐受性以及避免液态电解质漏液，不稳定等问题。但是它也存在问题：固态电解质离子传导效率低，阻抗大等问需要更深入的研究来完善该体系电池的性能。 锂空气电池的工作原理如图 1.3 所示，锂空气电池由金属锂作为阳极，电解质和具有多孔催化成。


本文编号：3019768