镁空气电池阳极合金及阴极氧还原催化剂的改性及研究

发布时间：2021-03-12 09:19

　　镁空气电池是目前十分具有应用前景的新能源储能装置,其具有理论能量密度高、成本低和绿色无污染等优点。阳极镁金属存在腐蚀反应和极化,以及阴极氧还原催化剂的电化学极化和氧还原动力学性能差的原因,限制了镁-空气电池的发展。因此,开发出良好性能的镁金属阳极及效率高、成本低的非贵金属氧还原催化剂是提高镁空气电池性能和应用前景的有效方法。本文用挤压Mg-Al-Pb-Re合金作为镁空气电池的阳极,选取锰氧化物和Co-N-C作为镁空气电池的阴极催化剂研究,本文的主要研究内容为:通过熔炼铸造法得到Mg-Al-Pb-Re合金,并借助热挤压对镁合金进行塑性变形来得到挤压Mg-Al-Pb-Re合金,研究不同挤压比对镁空气电池放电性能的影响。实验发现挤压比为20.5:1的带材在长时间放电（10 h）时有更高的放电电压和稳定性,在10 m A cm^-2的电流密度时金属阳极效率达到了64.1%,高于纯镁和AZ31。同时,挤压比为20.5:1的Mg-Al-Pb-Re合金具有独特的微观结构,细小的晶粒有助于提高阳极的放电效率和耐腐蚀性。利用高锰酸钾和导电碳黑的反应合成了Mn O₂

【文章来源】：广东工业大学广东省

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

一些具有代表性能源的理论能量密度Fig1-1Thetheoreticalenergydensityofsomerepresentativeenergysources

广东工业大学硕士学位论文要比热力学理论上的要低，这是由于金属镁阳极在反应过程中在阳极表面形成的氧化膜，镁的氧化膜会阻止电解液与阳极的进一步反应，从而抑制了镁阳极的放电，导致了实际上金属镁阳极的电势较低和阳极金属的利用率降低，同时由于阳极金属的自腐蚀和析氢反应，对阳极金属消耗的更快，这使得金属空气电池的性能较差[5]。图1-1一些具有代表性能源的理论能量密度Fig1-1Thetheoreticalenergydensityofsomerepresentativeenergysources图1-2金属空气电池工作示意图Fig1-2Schematicdiagramofmetal-airbattery2

广东工业大学硕士学位论文钴氧化物的形貌可以提高其氧还原反应性能，钴的纳米线和纳米颗粒的氧还原催化性能要比微米颗粒的要好。1.4.3金属大环化合物氧还原催化剂金属大环化合物经过热解能有效的提升其氧还原催化剂性能。如图1-4所示[27]为热处理后的过度金属大环化合物的分子结构，N和过渡金属离子配位后提供了催化活性位点[25、26]。过渡金属离子作为螯合物的中心原子，中心金属离子和配体结构影响螯合物的催化活性。不同的中心金属离子的螯合物具有不同的氧还原性能，例如Fe类的螯合物在氧还原反应中进行的是4电子转移，而以Co离子为中心的螯合物在氧还原中有2电子转移，在反应中有强氧化性的过氧化物产生，这破坏了催化剂的结构稳定性，进而影响了催化剂的氧还原性能。所以选择不同的中心金属离子螯合物对催化剂的氧还原性能有着重要的影响[28]。图1-4(a)FePc的分子结构Fig.1-4MolecularstructureofFePcmoleculesinvestigated6

【参考文献】：
期刊论文
[1]金属燃料电池[J]. 唐有根,黄伯云,卢凌彬,刘东任.  物理. 2004(02)



本文编号：3078074