锂氧气电池正极催化剂NiMn-LDHs的制备及性能研究
发布时间：2021-08-08 16:20
与其他二次电池相比较,锂氧气电池具有较高的理论能量密度（为锂离子电池的4-5倍）,已成为目前化学电源领域关注的前沿热点。但是,由于锂氧气电池的循环稳定性差、过电位大、倍率性能差等问题严重限制了其实际应用。研究表明,催化剂可以降低氧气电极的过电势,减小极化,提高阴极氧气反应速率,从而提高能量转换效率。因此开发高效的双功能催化剂是锂氧气电池领域研究的重点。本论文从制备廉价、高催化活性的镍锰层状双金属氢氧化物（NiMn-LDHs）催化剂并改善其电化学性能的角度出发,选用泡沫镍为锂氧气电池阴极骨架和集流体,分别将其与多壁碳纳米管（MWCNTs）和科琴黑（KB）复合来构建碳基正极。通过X射线衍射仪、扫描电镜、透射电镜等,研究产物物相组成、微观组织及尺寸形貌等,通过恒流充放电、循环伏安等测试研究了产物电化学性能。具体开展的研究工作和所取得结果如下:（1）首先,研究了利用水热法合成NiMn-LDHs的条件,并将不同条件下制备的NiMn-LDHs为催化剂组装成锂氧气电池,研究了其电化学性能。具体研究了制备过程中氯化镍和氯化锰的摩尔配比、反应温度及时间对制备的NiMn-LDHs样品结晶度、形貌及催化性能...
【文章来源】：陕西科技大学陕西省
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－３有机体系锂氧气电池示意图??Ｆｉｇ．?１－３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｏｒｇａｎｉｃ?ｓｙｓｔｅｍ?ｌｉｔｈｉｕｍ?ｏｘｙｇｅｎ?ｂａｔｔｅｒｙ??
层状双金属氢氧化物，简称ＬＤＨｓ。是由两种或两种以上的金属元素组成且结构??与水镁石类似的层状氢氧化物。拥有层状结构，层板带正电荷，层间区域为可交换??的阴离子，晶体结构如图１－５。ＬＤＨｓ的结构单元是金属－氧八面体，六个顶角都为??０Ｈ－，八面体中心是金属离子。八面体间相互连结进而形成了二维延伸的配位八面??体结构层［？］。它的化学通式为［ＭＡ－ｘＭ３％?（０Ｈ）２］ｘ＋［Ａｎ－］ｘ／ｎ＿ｙＨ２０，?Ｍ２＋代表?Ｃｏ２＋、Ｆｅ２＋、??Ｎｉ２＋等二价金属离子。Ｍ３＋代表Ｓｃ３＋、Ｍｎ３＋、Ｃｒ３＋等三价金属离子；ｘ表示每摩尔ＬＤＨ??中含有Ｍ３＋的摩尔数ｌ７１】；Ａｎ－代表ＯＨ－、Ｃ〇３２－、ＮＯ３、Ｃｌ－等价数为ｎ的阴离子；ｙ是??每摩尔ＬＤＨ中所含结晶水的摩尔数，其值通常在０．２？０．４之间。这些特殊结构使其??在聚合物／ＬＤＨ纳米复合材料［７２］、催化磁性材料Ｈ１、药物释放及光学材料［７６］??等领域有广阔前景。??一??＝５＊?ｃ?—？?ｉｎｔｅｒｌａｙｅｒ?ｄｏｍａｉｎ??Ｉ?Ｔ??｜?１?二―ｂａｓａｌ?ｓｐａｃｉｎｇ?（ｄｏ＾）??Ｉ?丄?。＊??；ａｎｉｏｎｓ?Ｈ２〇??图１－５?ＬＤＨｓ的结构图??Ｆｉｇ．?１－５?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ?ｆｏｒ?ｔｈｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ＬＤＨｓ??１．４．２层状双金属氢氧化物的性质??（１）
图２－１锂氧气电池模型装置??Ｆｉｇ．?２－１?Ｌｉ－〇２?ｂａｔｔｅｒｙ?ｍｏｄｅｌ?ｄｅｖｉｃｅ??实验用到的锂氧气电池装置是自制的模型装置，如图２－１。电池是由锂负极、氧??气正极、电解液（溶剂为３９ｍＬ四乙二醇二甲醚（ＴＥＧＤＭＥ），溶质为１０ｇ双三氟??甲烷磺酰亚胺锂（ＬｉＴＦＳＩ））和隔膜Ｃｅｌｇａｒｄ?２５００组成。电池的组装是在充满氩气，??且水和氧气含量均低于１?ｐｐｍ的手套箱中进行。电池的组装顺序为金属锂片－电解液??－隔膜－电解液－电极片－电解液，组装结束后将模具拧紧从手套箱中拿出来后，在纯氧??１５??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Recent progress in rechargeable alkali metal-air batteries[J]. Xin Zhang,Xin-Gai Wang,Zhaojun Xie,Zhen Zhou. Green Energy & Environment. 2016(01)
[2]Corrosion Resistance of Superhydrophobic Mg-Al Layered Double Hydroxide Coatings on Aluminum Alloys[J]. Fen Zhang,Chang-Lei Zhang,Liang Song,Rong-Chang Zeng,Lan-Yue Cui,Hong-Zhi Cui. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2015(11)
[3]非水系二次锂-氧电池正极[J]. 李鹏,孙彦平. 化学进展. 2012(12)
[4]镁铝水滑石的制备及其表面改性[J]. 翁腾飞,周志明,冉长荣. 应用化工. 2009(09)
[5]镁铝双氢氧化物的十二烷基单磷酸钾插层研究[J]. 王维,黄年华,李治华. 武汉科技学院学报. 2008(06)
本文编号：3330280
【文章来源】：陕西科技大学陕西省
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－３有机体系锂氧气电池示意图??Ｆｉｇ．?１－３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｏｒｇａｎｉｃ?ｓｙｓｔｅｍ?ｌｉｔｈｉｕｍ?ｏｘｙｇｅｎ?ｂａｔｔｅｒｙ??
层状双金属氢氧化物，简称ＬＤＨｓ。是由两种或两种以上的金属元素组成且结构??与水镁石类似的层状氢氧化物。拥有层状结构，层板带正电荷，层间区域为可交换??的阴离子，晶体结构如图１－５。ＬＤＨｓ的结构单元是金属－氧八面体，六个顶角都为??０Ｈ－，八面体中心是金属离子。八面体间相互连结进而形成了二维延伸的配位八面??体结构层［？］。它的化学通式为［ＭＡ－ｘＭ３％?（０Ｈ）２］ｘ＋［Ａｎ－］ｘ／ｎ＿ｙＨ２０，?Ｍ２＋代表?Ｃｏ２＋、Ｆｅ２＋、??Ｎｉ２＋等二价金属离子。Ｍ３＋代表Ｓｃ３＋、Ｍｎ３＋、Ｃｒ３＋等三价金属离子；ｘ表示每摩尔ＬＤＨ??中含有Ｍ３＋的摩尔数ｌ７１】；Ａｎ－代表ＯＨ－、Ｃ〇３２－、ＮＯ３、Ｃｌ－等价数为ｎ的阴离子；ｙ是??每摩尔ＬＤＨ中所含结晶水的摩尔数，其值通常在０．２？０．４之间。这些特殊结构使其??在聚合物／ＬＤＨ纳米复合材料［７２］、催化磁性材料Ｈ１、药物释放及光学材料［７６］??等领域有广阔前景。??一??＝５＊?ｃ?—？?ｉｎｔｅｒｌａｙｅｒ?ｄｏｍａｉｎ??Ｉ?Ｔ??｜?１?二―ｂａｓａｌ?ｓｐａｃｉｎｇ?（ｄｏ＾）??Ｉ?丄?。＊??；ａｎｉｏｎｓ?Ｈ２〇??图１－５?ＬＤＨｓ的结构图??Ｆｉｇ．?１－５?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ?ｆｏｒ?ｔｈｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ＬＤＨｓ??１．４．２层状双金属氢氧化物的性质??（１）
图２－１锂氧气电池模型装置??Ｆｉｇ．?２－１?Ｌｉ－〇２?ｂａｔｔｅｒｙ?ｍｏｄｅｌ?ｄｅｖｉｃｅ??实验用到的锂氧气电池装置是自制的模型装置，如图２－１。电池是由锂负极、氧??气正极、电解液（溶剂为３９ｍＬ四乙二醇二甲醚（ＴＥＧＤＭＥ），溶质为１０ｇ双三氟??甲烷磺酰亚胺锂（ＬｉＴＦＳＩ））和隔膜Ｃｅｌｇａｒｄ?２５００组成。电池的组装是在充满氩气，??且水和氧气含量均低于１?ｐｐｍ的手套箱中进行。电池的组装顺序为金属锂片－电解液??－隔膜－电解液－电极片－电解液，组装结束后将模具拧紧从手套箱中拿出来后，在纯氧??１５??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Recent progress in rechargeable alkali metal-air batteries[J]. Xin Zhang,Xin-Gai Wang,Zhaojun Xie,Zhen Zhou. Green Energy & Environment. 2016(01)
[2]Corrosion Resistance of Superhydrophobic Mg-Al Layered Double Hydroxide Coatings on Aluminum Alloys[J]. Fen Zhang,Chang-Lei Zhang,Liang Song,Rong-Chang Zeng,Lan-Yue Cui,Hong-Zhi Cui. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2015(11)
[3]非水系二次锂-氧电池正极[J]. 李鹏,孙彦平. 化学进展. 2012(12)
[4]镁铝水滑石的制备及其表面改性[J]. 翁腾飞,周志明,冉长荣. 应用化工. 2009(09)
[5]镁铝双氢氧化物的十二烷基单磷酸钾插层研究[J]. 王维,黄年华,李治华. 武汉科技学院学报. 2008(06)
本文编号：3330280
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