锌/空气电池氧还原电极的研究
发布时间：2021-04-28 09:31
锌/空气电池具有安全性好、理论比能量高、价格低廉等优点,在便携式移动电源、储能系统、电动汽车及可穿戴电子器件等方面都有着广阔的应用前景。氧还原电极是锌/空气电池的核心组件,对锌/空气电池的性能和寿命有着重要影响,而高性能、长寿命的氧还原电极是锌/空气电池工业应用的关键。目前大量的研究工作都集中于提高氧还原催化剂性能,对电极结构与性能、稳定性之间的关系的研究相对较少。本论文针对氧还原电极极化损失大、稳定性差等问题,设计制备了一种疏水通道连续且梯度分布的新型氧还原电极,通过谱学显微技术和电化学分析等表征手段研究了电极结构与性能的内在联系,还考察了免切换三电极体系MnO2/C催化剂的腐蚀规律。氧还原电极通常由气体扩散层（GDL）、集流体（CCL）和催化层（CL）三部分构成。本研究中的气体扩散层是将碳纤维毡（CFF）经过聚四氟乙烯（PTFE）乳液疏水化处理所得,通过接触角、气体渗透性和透水压等测定表征手段研究了PTFE含量对气体扩散层物理性质的影响,利用电化学分析手段研究了电极及由电极组成的锌/空气电池的化学性能。结果表明,碳纤维毡经疏水化处理后接触角均大于90°,有良好...
【文章来源】：山东农业大学山东省
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
符号说明
中文摘要
Abstract
1 前言
1.1 锌/空气电池概述
1.2 锌/空气电池发展历程与工作原理
1.3 氧还原电极的研究进展
1.3.1 氧还原催化剂机理
1.3.2 氧还原催化剂研究进展
1.3.3 氧还原电极的研究进展
1.4 双功能氧电极的研究进展
1.4.1 双功能催化剂的研究进展
1.4.2 双功能氧电极的研究进展
1.5 本文研究思路与主要研究内容
2 材料与方法
2.1 化学材料与试剂
2.2 材料结构形貌表征
2.2.1 X射线衍射分析
2.2.2 扫描电子显微镜分析
2.2.3 热重-差式扫描量热测试
2.2.4 接触角测试
2.2.5 孔隙率测试
2.2.6 亲/疏水孔隙率测试
2.2.7 气体扩散系数测试
2.2.8 透水压测试
2.3 电极的电化学表征
2.3.1 ORR催化剂的电化学测试
2.3.2 氧还原电极的电化学测试
2.3.3 锌/空气电池性能测试与表征
2.4 氧还原电极的制备
2.4.1 氧还原催化剂的制备
2.4.2 氧还原电极的制备
3 结果与分析
3.1 扩散层PTFE含量对电极结构和性能的影响
3.1.1 PTFE含量对扩散层形貌影响
3.1.2 PTFE含量对扩散层气体渗透性影响
3.1.3 PTFE含量对扩散层透水压影响
3.1.4 PTFE含量对扩散层亲疏水性影响
3.1.5 扩散层PTFE含量对电极性能的影响
3.1.6 扩散层PTFE含量对锌/空气电池性能的影响
3.2 集流体中碳粉和PTFE含量对电池性能的影响
3.2.1 碳粉和PTFE含量对集流体形貌的影响
3.2.2 集流体中碳粉和PTFE含量对电极性能影响
3.2.3 集流体中碳粉和PTFE含量对锌/空气电池性能影响
3.3 集流体中碳粉和PTFE比例对电极影响
3.3.1 碳粉和PTFE比例对集流体形貌的影响
3.3.2 碳粉和PTFE比例对集流体亲疏水性影响
3.3.3 碳粉和PTFE比例对CCL电阻率的影响
3.3.4 碳粉和PTFE比例对集流体气体渗透系数和透水压影响
3.3.5 碳粉和PTFE比例对电极性能影响
3.3.6 碳粉和PTFE比例对电池性能影响
3.4 催化层的表征
3.4.1 催化层成分的表征
3.4.2 催化剂形貌的表征
3.4.3 催化层形貌的表征
3.5 压力对电池性能的影响
3.6 新型电极的设计与表征
3.6.1 传统电极和新型电极的结构模型
3.6.2 传统电极和新型电极截面的SEM和EDS
3.6.3 新型电极和传统电极的半电池极化测试
3.6.4 新型电极和传统电极的锌/空气电池整池测试
3.6.5 新型电极和传统电极性能差异机理探索
3.6.6 新型电极和传统电极稳定性测试
3.6.7 电极稳定性差异机理探究
3.7 新型电极与商用电极对比
3.7.1 新型电极与商品阴极性能对比
3.7.2 新型电极与商品阴极寿命对比
3.8 氧气对电极性能的影响
3.9 放大实验
3.10 锰基催化剂的腐蚀性研究
3.10.1 氧还原电极在二次锌/空气电池中的性能
3.10.2 水热温度对MnO_2催剂形貌的影响
3.10.3 水热温度对MnO_2催化剂性能的影响
3.10.4 电位对MnO_2催化剂性能的影响
3.10.5 电位对MnO_2催化剂晶体结构的影响
3.10.6 电位对碳载体的性能的影响
4 讨论
5 结论
6 创新之处
参考文献
致谢
攻读硕士期间发表论文情况
本文编号：3165240
【文章来源】：山东农业大学山东省
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
符号说明
中文摘要
Abstract
1 前言
1.1 锌/空气电池概述
1.2 锌/空气电池发展历程与工作原理
1.3 氧还原电极的研究进展
1.3.1 氧还原催化剂机理
1.3.2 氧还原催化剂研究进展
1.3.3 氧还原电极的研究进展
1.4 双功能氧电极的研究进展
1.4.1 双功能催化剂的研究进展
1.4.2 双功能氧电极的研究进展
1.5 本文研究思路与主要研究内容
2 材料与方法
2.1 化学材料与试剂
2.2 材料结构形貌表征
2.2.1 X射线衍射分析
2.2.2 扫描电子显微镜分析
2.2.3 热重-差式扫描量热测试
2.2.4 接触角测试
2.2.5 孔隙率测试
2.2.6 亲/疏水孔隙率测试
2.2.7 气体扩散系数测试
2.2.8 透水压测试
2.3 电极的电化学表征
2.3.1 ORR催化剂的电化学测试
2.3.2 氧还原电极的电化学测试
2.3.3 锌/空气电池性能测试与表征
2.4 氧还原电极的制备
2.4.1 氧还原催化剂的制备
2.4.2 氧还原电极的制备
3 结果与分析
3.1 扩散层PTFE含量对电极结构和性能的影响
3.1.1 PTFE含量对扩散层形貌影响
3.1.2 PTFE含量对扩散层气体渗透性影响
3.1.3 PTFE含量对扩散层透水压影响
3.1.4 PTFE含量对扩散层亲疏水性影响
3.1.5 扩散层PTFE含量对电极性能的影响
3.1.6 扩散层PTFE含量对锌/空气电池性能的影响
3.2 集流体中碳粉和PTFE含量对电池性能的影响
3.2.1 碳粉和PTFE含量对集流体形貌的影响
3.2.2 集流体中碳粉和PTFE含量对电极性能影响
3.2.3 集流体中碳粉和PTFE含量对锌/空气电池性能影响
3.3 集流体中碳粉和PTFE比例对电极影响
3.3.1 碳粉和PTFE比例对集流体形貌的影响
3.3.2 碳粉和PTFE比例对集流体亲疏水性影响
3.3.3 碳粉和PTFE比例对CCL电阻率的影响
3.3.4 碳粉和PTFE比例对集流体气体渗透系数和透水压影响
3.3.5 碳粉和PTFE比例对电极性能影响
3.3.6 碳粉和PTFE比例对电池性能影响
3.4 催化层的表征
3.4.1 催化层成分的表征
3.4.2 催化剂形貌的表征
3.4.3 催化层形貌的表征
3.5 压力对电池性能的影响
3.6 新型电极的设计与表征
3.6.1 传统电极和新型电极的结构模型
3.6.2 传统电极和新型电极截面的SEM和EDS
3.6.3 新型电极和传统电极的半电池极化测试
3.6.4 新型电极和传统电极的锌/空气电池整池测试
3.6.5 新型电极和传统电极性能差异机理探索
3.6.6 新型电极和传统电极稳定性测试
3.6.7 电极稳定性差异机理探究
3.7 新型电极与商用电极对比
3.7.1 新型电极与商品阴极性能对比
3.7.2 新型电极与商品阴极寿命对比
3.8 氧气对电极性能的影响
3.9 放大实验
3.10 锰基催化剂的腐蚀性研究
3.10.1 氧还原电极在二次锌/空气电池中的性能
3.10.2 水热温度对MnO_2催剂形貌的影响
3.10.3 水热温度对MnO_2催化剂性能的影响
3.10.4 电位对MnO_2催化剂性能的影响
3.10.5 电位对MnO_2催化剂晶体结构的影响
3.10.6 电位对碳载体的性能的影响
4 讨论
5 结论
6 创新之处
参考文献
致谢
攻读硕士期间发表论文情况
本文编号：3165240
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