镍基LDHs复合材料的电催化性能调控及其柔性固态锌-空气电池研究

发布时间：2023-01-08 14:46

　　可充电锌-空气电池因具有高的比能量、良好的安全性、低廉的成本等优势而被认为是电网储能、电动汽车、小型便携式设备等领域的理想能量存储系统。但是,其空气电极上缓慢的氧析出反应（OER）和氧还原反应（ORR）,使得可充电锌-空气电池的能量效率不高、循环稳定性不佳,因此需要开发高效、低成本的电催化材料以促进ORR和OER的快速进行,从而提高电池体系的能量效率和循环性能。研究发现,层状双氢氧化物（Layered Double Hydroxides,LDHs）是一类价格低廉、活性较高的OER电催化剂,但是低的活性面积、差的导电性和弱的ORR活性等因素严重限制了LDHs材料在锌-空气电池空气电极中的应用,尤其是在柔性固态可充电锌-空气电池方面。为了克服这些问题,本论文利用简便且普适性的化学合成方法,开发了几种新型的、催化性能优异的镍基LDHs复合电催化材料。这些催化剂明显提升了LDHs的ORR性能,并进一步提高了其OER活性。而且,通过元素价态调节策略,实现了镍基LDHs材料的ORR和OER性能的协同改善,探明了镍基LDHs复合催化剂的改善机制。更重要的是,通过对镍基LDHs复合材料的微观结构、表面... 

【文章页数】：174 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
中文摘要
英文摘要
1 绪论
    1.1 引言
    1.2 锌-空气电池简介
        1.2.1 锌-空气电池的特点
        1.2.2 锌-空气电池的结构和原理
        1.2.3 可充电锌-空气电池的研究现状和关键问题
    1.3 锌-空气电池的电催化剂设计
        1.3.1 碳基催化剂
        1.3.2 过渡族金属催化剂
        1.3.3 小结
    1.4 柔性固态锌-空气电池储能器件的研发现状
        1.4.1 层状柔性固态锌-空电池
        1.4.2 一维柔性-固态锌-空电池
        1.4.3 小结
    1.5 研究内容和研究目的
        1.5.1 研究内容
        1.5.2 研究目的
2 实验试剂、仪器和表征方法
    2.1 实验试剂和仪器
        2.1.1 实验试剂
        2.1.2 实验仪器
    2.2 材料表征方法
        2.2.1 X射线衍射分析(XRD)
        2.2.2 扫描电镜和能谱分析(SEM和 EDS)
        2.2.3 透射电镜(TEM)分析
        2.2.4 X射线光电子能谱(XPS)分析
        2.2.5 拉曼光谱(Raman)分析
        2.2.6 Zeta电位测试
        2.2.7 力学性能(Mechanical properties)测试
    2.3 电化学性能测试体系
        2.3.1 电催化测试的三电极体系
        2.3.2 锌-空气电池测试体系
    2.4 电化学性能测试技术
        2.4.1 循环伏安(CV)法
        2.4.2 线性扫描伏安(LSV)法
        2.4.3 电流-时间(I-t)法
        2.4.4 计时电位法
        2.4.5 交流阻抗法
        2.4.6 恒流充放电法
3 NiMn LDH@NiCo_2O_4 核壳阵列的制备并应用于柔性固态锌-空气电池
    3.1 引言
    3.2实验
        3.2.1 电催化剂的制备
        3.2.2 材料表征
        3.2.3 电化学性能测试
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 物相分析
        3.3.2 材料形貌、结构、元素分析
        3.3.3 表面电子结构分析
        3.3.4 电催化性能研究
        3.3.5 锌-空气电池性能研究
    3.4 小结
4 Co_3O_4@NiFe LDH复合材料的电催化性能调控及其柔性固态锌-空气电池性能研究
    4.1 引言
    4.2 实验
        4.2.1 电催化剂的制备
        4.2.2 材料表征
        4.2.3 电化学性能测试
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 物相分析
        4.3.2 材料形貌、结构、元素分析
        4.3.3 表面电子结构分析
        4.3.4 电催化性能研究
        4.3.5 锌-空气电池性能研究
    4.4 小结
5 镍基LDHs/石墨烯量子点复合材料的普适合成方法及其电化学性能研究
    5.1 引言
    5.2 实验
        5.2.1 电催化剂制备
        5.2.2 材料表征
        5.2.3 电化学性能测试
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 物相分析
        5.3.2 形貌、结构、元素分析
        5.3.3 Raman光谱分析
        5.3.4 表面电子结构分析
        5.3.5 电催化性能研究
        5.3.6 锌-空气电池性能研究
    5.4 小结
6 结论、创新点与展望
    6.1 结论
    6.2 创新点
    6.3 展望
参考文献
附录
    A.攻读博士学位期间发表的论文
    B.攻读博士学位期间获奖情况
    C.学位论文数据集
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]锌空气电池关键问题与发展趋势[J]. 洪为臣,马洪运,赵宏博,王保国.  化工进展. 2016(06)
[2]航天电源技术研究进展[J]. 杨紫光,叶芳,郭航,马重芳.  化工进展. 2012(06)
[3]军用无人机电源技术进展[J]. 石治国.  电源技术. 2012(05)



本文编号：3728664