锂氧气电池CeO 2 催化剂的电化学性能及其电催化机理研究

发布时间：2021-11-11 18:18

　　在21世纪,由于化石能源短缺和环境污染的问题日益严重,对于可持续的清洁能源的探索和开发引起了人们的重视。在各种各样的能量储存和转换系统中,可充电的锂氧气电池的理论能量密度高达11140Wh/kg,是传统锂离子电池的10倍之多,从而吸引了人们研究锂氧气电池的兴趣。然而,锂氧气电池的广泛使用仍然因为许多因素受限,比如容量达不到预期、高过电势、能量转换效率低和循环稳定性差。因此对于锂氧气电池,研发可以有效地促进电极反应的催化剂材料是提高锂氧气电池电化学性能的至关重要的手段。在众多的适用于锂氧气电池的催化剂材料中,二氧化铈（CeO2）由于其可以在氧化态和还原态之间快速转变并且可以高效吸附氧气和超氧化物的优势被认为是最有应用前景的锂氧气电池高效催化剂之一。CeO2中的Ce3+和Ce4+在电化学反应中可以直接且快速地进行转换,这有利于氧气的吸附和释放。除此之外,CeO2的晶体结构十分稳定,这可以保证其在充放电循环时始终保持最大的催化活性。在锂氧气电池中,循环寿命及稳定性、比容量的提高以及过电势的降低是评价锂氧气电池电化学性能的重要因素。本课题的研究目的是探究不同因素对CeO2材料作为锂氧气电池正极... 

【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：87 页

【学位级别】：硕士

【图文】：

图１－３氧气电极对于过氧化锂形成和分解功能示意图：（ａ）有效的固体催化剂的设计；??（ｂ）进行快速质荷传输的多孔通道；（ｃ）储存Ｌｉ２０２的多孔结构；（ｄ）引导Ｌｉ：０：生长的??表面工程

作为Ｌｉ２０２形成和分解的主要反应位点，氧气电极是一个电池的重要组成部??分。根据产生Ｌｉ２０２的放电机制，目前氧气电极主要在以下四个方面面临挑战：??（１）在表面活性位点催化Ｌｉ２０２的形成和分解（图１－ａ）；?（２）在多孔通道中传输??Ｌｉ＋和０２到活性位点（图１－ｂ）；?（３）能储存放电产物Ｌｉ２０２?（图１－ｃ）；?（４）在电??极表面诱导Ｕ２０２的生长和形貌演变（图１－ｄ）。［间除此之外，电极材料对于活泼??的氧化物的稳定性也是锂氧气电池实现长期稳定性需要考虑的因素。因此，各种??各样的材料性质都需要认真考虑，比如催化活性和稳定性、表面原子结构、孔结??构、对于Ｌｉ＋和０２的表面粘合力等。??＞?Ｖ?Ｃａｔａｌｙｓｔｓ?ｆｏｒ?Ｌｉ２０２?Ｐｏｒｏｕｓ?ｄｅｓｉｇｎ??＾?’?ｒｏｒｍａｔｉｏｎ／ｄｃｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ?ｆｏｒ?ｍａｓｓ?ｔｒａｎｓｐｏｒｔ?＊??ｕ－?Ｕ＇??，ｒ?ｉｒ??＾?歧?Ｘｌ?＾?＾??（Ｃ）?Ｐｏｒｏｕｓ?ｄｅｓｉｇｎ?Ｓｕｒｆａｃｅ?ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ??＾?｝?ｆｏｒ?ＩＪ２０２?ｓｔｏｒａｇｅ?（ｄ）?ｆｏｒ?Ｌｉ２０２?ｇｒｏｗｔｈ??Ｌｔ??Ｂｔｒ??＾?＾?ｕ．?＾?

常数为０．５４１１３４纳米，空间群为Ｆｍ?３ｍ?（如图１－５）。在由面萤石结构中，氧离子与八个邻近的氧离子配位，阴离子与邻近并占据八面体的空隙位置。正是因为这种独特的电子分布，Ｃ轻易地从Ｃｅ３＋和Ｃｅ４＋之间进行转换，这取决于Ｃｅ０２是在氧化中，也与氧化铈的储氧量有关系。［７２，７３］??

【参考文献】：
硕士论文
[1]锂空气电池MnO2催化剂及碳载体的电化学性能研究[D]. 史海浩.哈尔滨工业大学 2015



本文编号：3489297