过渡金属掺杂碳基电催化剂的制备及其在锌空气电池中的应用研究

发布时间：2023-05-03 23:29

　　全球能源需求的日益增长和环境问题的不断恶化,促使全世界大力发展绿色新能源。在众多新能源技术设备中,金属空气电池作为高效的电化学能源转化和存储装置受到广泛关注。其中,锌空气电池能量密度高、环境友好和成本低廉,具有可充电形式,因此被认为是很有前景的新能源转换装置。然而,锌空气电池充放电时阴极发生的氧还原(ORR)和氧析出反应(OER)动力学缓慢,致使其能量转换效率低和稳定性较差,进而阻碍了其大规模商业应用。而已知提高氧还原和氧析出性能的最佳催化剂主要是贵金属基(Pt、Ir、Ru及其合金)材料,其成本高、储量少及耐用性差的缺点使得它们难以广泛应用于锌空电池中。所以,开发高效、稳定、廉价的氧电催化剂应用于锌空电池成为当前科研的热点之一。碳基材料具有高电导率和比表面积等优点,在电化学应用中显示出巨大的潜力。本论文基于碳基材料开发设计了一系列高效、稳定的氧还原、氧析出双功能电催化剂,并进一步探究了其应用于锌空气电池的实际性能。主要工作内容如下所述:一、以表面修饰羟基的碳纳米管为基体,复合液态聚丙烯腈(LPAN)制备了含铁、钴的碳基电催化剂。利用LPAN的流动性和含氧官能团间的相互作用,掺杂过渡金属...

【文章页数】：82 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 锌空气电池装置
        1.2.1 一次锌空气电池配置
        1.2.2 可逆锌空气电池配置
        1.2.3 锌空气电池的电解液
    1.3 锌空气电池的电极反应
        1.3.1 氧还原反应
        1.3.2 氧析出反应
    1.4 双功能氧电催化高效活性材料
        1.4.1 无金属材料
        1.4.2 过渡金属基材料
    1.5 设计双功能电催化剂催化参数
        1.5.1 增强电导率
        1.5.2 增加催化活性位点
        1.5.3 提高原子利用率
    1.6 本论文选题背景及主要研究内容
第2章 基于碳纳米管构建聚丙烯腈铁钴复合材料与电催化性能研究
    2.1 引言
    2.2 实验部分
        2.2.1 试剂与仪器
        2.2.2 催化剂材料制备
        2.2.3 电化学测试
        2.2.4 锌空气电池测试参数
    2.3 结果与讨论
        2.3.1 碳纳米管掺杂Fe、Co复合聚丙烯腈材料的结构表征
        2.3.2 碳纳米管复合聚丙烯腈系列材料的电化学测试
        2.3.3 碳纳米管复合聚丙烯腈系列材料的双功能表征
        2.3.4 ANT-CNT-FeCo的锌空气电池性能表征
    2.4 本章小结
第3章 炭黑复合聚丙烯腈掺磷双功能电催化剂的制备与应用
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 试剂与仪器
        3.2.2 催化剂材料P/ANT/C,Co,P/ANT/C的制备
        3.2.3 电化学测试细节
        3.2.4 锌空气电池测试参数
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 无金属材料P/ANT/C的合成分析
        3.3.2 非金属材料P/ANT/C的电化学性能
        3.3.3 Co,P/ANT/C的合成及其结构表征
        3.3.4 Co,P/ANT/C的电化学性能表征
        3.3.5 Co,P/ANT/C的双功能表征
        3.3.6 Co,P/ANT/C的锌空气电池性能表征
    3.4 本章小结
第4章 结论及展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间的研究成果



本文编号：3807500