Ag包覆MnO 2 铝空气电池阴极制备及性能研究
发布时间：2021-12-02 06:51
铝空气电池作为一种新型绿色化学电源,其具有原料来源丰富、价格优廉、比能量高、使用寿命长等优点。空气电极中的催化剂的催化活性以及稳定性影响了铝空气电池的进一步应用。本论文以AgNO3作为前驱体,采用化学还原法制备出Ag包覆MnO2催化剂（线性和球形）并作为活性组分,优化催化剂负载量,考察了Ag和MnO2之间的相互作用。调控活性炭载体和预处理等方式,探究了催化剂制备工艺条件,制备了一系列的Ag基催化剂。通过XRD、SEM、XPS等表征手段,表明球形MnO2比线性α-MnO2沉积银颗粒的效果更好,实现了Ag颗粒对MnO2的包覆,50%Ag-MnO2确定为最佳包覆质量比;当前驱体AgNO3的浓度为:10 g/L时,催化氧还原反应过程中在0.6 V下的转移电子数为3.86,同时过氧化氢产率最低,为6.3%;另外,当溶液pH约10.4时,Ag的还原率最大,使得粉末增重最多。对Vulcan XC-72炭载体进行预处理以及调整配...
【文章来源】：昆明理工大学云南省
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
铝空气电池的结构示意图
第一章绪论3成，电极上的电化学反应可以表示如下[19]：阳极：Al=Al3++3e-1（1-1）阴极：O2+2H2O+4e-1=4OH-1（1-2）总反应：4Al+3O2+6H2O=4Al（OH）3（1-3）图1-2显示了超过五十年的Al空气电池的历史。HolzerF于1962年首次提出使用铝金属阳极[20]，其特点是高能量密度系统的铝/氧系统。在接下来的几年中，研究人员研究了铝空气能量存储系统[21,22,23]的各种应用，例如电动汽车（EV），军用通信，无人水下航行器（UUV）的电源和无人驾驶飞行器（UAV）。值得注意的是，在2016年，制造了一个重达100公斤的Al空气电池，并表明它能够将电动汽车的续航里程扩展到3000公里以上。许多研究小组一直致力于提高Al空气电池系统的容量和寿命，但仍有许多障碍需要克服。图1-2Al空气电池的开发历史进程Fig.1-2DevelopmenthistoryofAlairbattery1.2空气阴极空气阴极是Al-空气电池的基本组分之一，其通常由气体扩散层，集流体和催化活性层组成。气体扩散层由碳材料和疏水性粘合剂如聚四氟乙烯（PTFE）Zarom发明了Al空气电池※用于电动汽车（EV）范围扩展的Alupower230W盐水铝空气电池※Alupower＆SkyTec使用250W碱性铝空气电池飞行无人机（UAV）2小时※南安普顿大学无人机应用※AltekFuelGroup300Wh·kg-1铝空气电池※Lawrence美国，铝空气电池用于电动汽车※挪威国防研究中心，120瓦生理盐水铝空气电池用于军事通讯军事通讯※AlupowerAl-O2电池适用于无人水下航行器※Alupower6千瓦Al空电信储备电源装置※研究离子液体铝空气电池和固态铝空气电池※Alcoa和Phinergy，CO，LTD，100公斤铝空气电池，行驶3000公里※斯坦福大学短程
第一章绪论7纳米线等已被证明是ORR的可用催化剂，这归因于多晶型和表面高度暴露的Mn3+[38]。图1-3(A)一些二元和三元锰氧化物结构的介绍。c-和t-AMn2O4分别表示立方和四方Mn基尖晶石，其中A位阳离子与氧气四方配位。BMnO3代表Mn基钙钛矿，B位离子以绿色标记。A，B和Mn位点的金属阳离子可以被其他金属离子取代[40]。（B）氧化锰结构（a）α-MnO2（2χ2隧道），（b）β-MnO2（1χ1隧道，软锰矿），（c）δ-MnO2（层状，水钠锰矿）和（d）无定形锰氧化物（AMO）[39]。有许多关于ORR的过渡金属氧化物催化剂的研究，如Co2O3，NiO，CuO，TiO，CeO2，在这些氧化物中，由于Co3O4成本低，环境友好，催化活性高，因此被认为是一种很有前景的电活性材料[41]。许多努力致力于控制具有各种形态的Co3O4结构[42]。WangF等人[43]研究了表面结构对ORR活性的影响。控制反应条件能够合成均匀负载在石墨烯片上的（110）-，（100）-和（111）-暴露的Co3O4纳米棒，纳米立方体和纳米八面体。发现催化活性取决于Co3O4纳米晶体的表面结构，以（111）>（100）>（110）的顺序增加，并且揭示表面Co2+离子对ORR活性具有强烈影响[44]。然而，由于过渡金属氧化物的低导电性，纳米结构碳通常用作载体以增强导电性和催化性能。ZangZ等人[45]开发了一种新型Co3O4纳米片/石墨烯复合物，其用作ORR电催化剂，比商业Pt/C催化剂在碱性介质中表现出更佳优良的活性和稳定性。研究表明，其他非贵金属电催化剂，包括Co3O4纳米粒子/氮掺杂石墨烯和Co3O4纳米粒子/碳纳米管复合材料，催化性能较好。根据密度泛函理论（DFT）计算，Co3O4纳米片-石墨烯复合材料的优越稳定性可归因于Co3O4纳米片与石墨烯之间的强相互作用。除Co3O4/纳米?
【参考文献】：
期刊论文
[1]太阳能电池浆料用银粉的制备[J]. 王钲源,黄惠,郭忠诚,栗韬,潘飞,费洋. 材料科学与工程学报. 2016(06)
[2]改性壳聚糖金属螯合物的合成及电催化性能[J]. 聂雪,蒋金芝,唐有根,孙雅庆. 电源技术. 2006(02)
[3]金属-空气电池氧还原反应催化剂研究进展[J]. 黄伟国,王先友,汪形艳,杨红萍. 材料导报. 2004(10)
[4]空气电极防水透气膜的工艺研究[J]. 卜路霞,梁广川,欧秀芹,梁金生. 河北工业大学学报. 2003(06)
硕士论文
[1]Ag/MnO2/C电催化剂的制备及其氧还原性能研究[D]. 鲁宏磊.北京化工大学 2016
[2]镍氢动力电池在混合动力大巴上的应用研究[D]. 徐舟.中南大学 2011
本文编号：3527944
【文章来源】：昆明理工大学云南省
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
铝空气电池的结构示意图
第一章绪论3成，电极上的电化学反应可以表示如下[19]：阳极：Al=Al3++3e-1（1-1）阴极：O2+2H2O+4e-1=4OH-1（1-2）总反应：4Al+3O2+6H2O=4Al（OH）3（1-3）图1-2显示了超过五十年的Al空气电池的历史。HolzerF于1962年首次提出使用铝金属阳极[20]，其特点是高能量密度系统的铝/氧系统。在接下来的几年中，研究人员研究了铝空气能量存储系统[21,22,23]的各种应用，例如电动汽车（EV），军用通信，无人水下航行器（UUV）的电源和无人驾驶飞行器（UAV）。值得注意的是，在2016年，制造了一个重达100公斤的Al空气电池，并表明它能够将电动汽车的续航里程扩展到3000公里以上。许多研究小组一直致力于提高Al空气电池系统的容量和寿命，但仍有许多障碍需要克服。图1-2Al空气电池的开发历史进程Fig.1-2DevelopmenthistoryofAlairbattery1.2空气阴极空气阴极是Al-空气电池的基本组分之一，其通常由气体扩散层，集流体和催化活性层组成。气体扩散层由碳材料和疏水性粘合剂如聚四氟乙烯（PTFE）Zarom发明了Al空气电池※用于电动汽车（EV）范围扩展的Alupower230W盐水铝空气电池※Alupower＆SkyTec使用250W碱性铝空气电池飞行无人机（UAV）2小时※南安普顿大学无人机应用※AltekFuelGroup300Wh·kg-1铝空气电池※Lawrence美国，铝空气电池用于电动汽车※挪威国防研究中心，120瓦生理盐水铝空气电池用于军事通讯军事通讯※AlupowerAl-O2电池适用于无人水下航行器※Alupower6千瓦Al空电信储备电源装置※研究离子液体铝空气电池和固态铝空气电池※Alcoa和Phinergy，CO，LTD，100公斤铝空气电池，行驶3000公里※斯坦福大学短程
第一章绪论7纳米线等已被证明是ORR的可用催化剂，这归因于多晶型和表面高度暴露的Mn3+[38]。图1-3(A)一些二元和三元锰氧化物结构的介绍。c-和t-AMn2O4分别表示立方和四方Mn基尖晶石，其中A位阳离子与氧气四方配位。BMnO3代表Mn基钙钛矿，B位离子以绿色标记。A，B和Mn位点的金属阳离子可以被其他金属离子取代[40]。（B）氧化锰结构（a）α-MnO2（2χ2隧道），（b）β-MnO2（1χ1隧道，软锰矿），（c）δ-MnO2（层状，水钠锰矿）和（d）无定形锰氧化物（AMO）[39]。有许多关于ORR的过渡金属氧化物催化剂的研究，如Co2O3，NiO，CuO，TiO，CeO2，在这些氧化物中，由于Co3O4成本低，环境友好，催化活性高，因此被认为是一种很有前景的电活性材料[41]。许多努力致力于控制具有各种形态的Co3O4结构[42]。WangF等人[43]研究了表面结构对ORR活性的影响。控制反应条件能够合成均匀负载在石墨烯片上的（110）-，（100）-和（111）-暴露的Co3O4纳米棒，纳米立方体和纳米八面体。发现催化活性取决于Co3O4纳米晶体的表面结构，以（111）>（100）>（110）的顺序增加，并且揭示表面Co2+离子对ORR活性具有强烈影响[44]。然而，由于过渡金属氧化物的低导电性，纳米结构碳通常用作载体以增强导电性和催化性能。ZangZ等人[45]开发了一种新型Co3O4纳米片/石墨烯复合物，其用作ORR电催化剂，比商业Pt/C催化剂在碱性介质中表现出更佳优良的活性和稳定性。研究表明，其他非贵金属电催化剂，包括Co3O4纳米粒子/氮掺杂石墨烯和Co3O4纳米粒子/碳纳米管复合材料，催化性能较好。根据密度泛函理论（DFT）计算，Co3O4纳米片-石墨烯复合材料的优越稳定性可归因于Co3O4纳米片与石墨烯之间的强相互作用。除Co3O4/纳米?
【参考文献】：
期刊论文
[1]太阳能电池浆料用银粉的制备[J]. 王钲源,黄惠,郭忠诚,栗韬,潘飞,费洋. 材料科学与工程学报. 2016(06)
[2]改性壳聚糖金属螯合物的合成及电催化性能[J]. 聂雪,蒋金芝,唐有根,孙雅庆. 电源技术. 2006(02)
[3]金属-空气电池氧还原反应催化剂研究进展[J]. 黄伟国,王先友,汪形艳,杨红萍. 材料导报. 2004(10)
[4]空气电极防水透气膜的工艺研究[J]. 卜路霞,梁广川,欧秀芹,梁金生. 河北工业大学学报. 2003(06)
硕士论文
[1]Ag/MnO2/C电催化剂的制备及其氧还原性能研究[D]. 鲁宏磊.北京化工大学 2016
[2]镍氢动力电池在混合动力大巴上的应用研究[D]. 徐舟.中南大学 2011
本文编号：3527944
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