锂氧气电池用过渡金属基阴极催化剂的制备及其性能探究

发布时间：2020-04-08 02:03

【摘要】：相比于传统燃油汽车,新能源汽车最大优势在于环境友好,符合可持续发展的理念。发展新能源汽车的重要技术支撑是高性能动力电池,目前市面上的电动汽车使用的锂离子电池充满电续航能力大概在300至500公里之间,远远无法满足人们对长距离运输的要求。在锂离子电池可能的替代者中,有机体系锂氧气电池具有非常高的能量密度,被认为是最具有潜力的下一代储能装置,未来有望广泛用作车用动力电池。然而锂氧气电池由于迟滞的氧化还原反应而引发的放电容量低、极化电压大、循环寿命短等核心问题,都限制了锂氧气电池的实际应用。本论文通过制备高效的阴极催化剂来改善有机体系锂氧气电池电化学性能,主要取得了以下研究成果:(1)我们报道了一种新颖的阴极电催化剂,通过简单的改性乙二醇还原的方法成功将超精细的钌及其氧化物纳米颗粒负载在碳纳米管表面(标记为Ru/RuO_x@CNTs)。将此Ru/RuO_x@CNTs作为阴极电催化剂组装有机体系的锂氧气电池,在电流密度为0.1 mA/cm~2的条件下,电池首圈放电比容量为3795 mAh/g,极化电压显著降低,并且在同样的电流密度,截止容量为500 mAh/g的条件下,电池能够稳定循环113圈,远超过同样条件下的碳纳米管(CNTs)电极性能,表现出优异的电化学性能,这主要是因为Ru/RuO_x纳米颗粒在碳纳米管表面均匀分布,没有发生团聚,为氧还原和氧析出反应提供了大量的氧化还原活性位点。(2)采用简单的两步溶剂热法成功的制备了NiCo_2S_4多孔核壳微球。将此NiCo_2S_4多孔核壳微球作为阴极电催化剂组装非水体系锂氧气电池,在电流密度为0.1mA/cm~2的条件下,电池首次放电比容量为2683 mAh/g,并且在同样的电流密度,截止容量为500 mAh/g的条件下,NiCo_2S_4电极能够稳定循环80圈,远超过同样条件下的导电炭黑Super P电极性能,表现出了出色的充放电循环稳定性,这主要是由于NiCo_2S_4多孔核壳微球相对于Super P具有更高的电催化氧还原和氧析出的活性,同时多孔核壳球形貌具有更多的空间容纳放电产物Li_2O_2的沉积,进而避免了阴极的体积变化造成的电池性能衰减。
【图文】：

能量密度,可充电电池,汽油,锂离子电池

源的日益消耗及由此带来的环境污染问题愈发引起人们的重视发利用太阳能、风能等可再生的清洁能源，同时开发高效的能少污染物的排放，已经成为现代社会可持续发展的迫切要求。以来就引起了广泛的关注和大量的研究，相比于铅酸电池、镍电池，，锂离子电池具有能量密度较高、循环寿命长、环境友好前锂离子电池不仅广泛应用于移动电话、笔记本电脑等便携式且作为电动汽车、混合动力汽车储能装置的应用也日益增加。时离子电池的能量密度能够达到 200 Wh/kg 左右，但是这远远低烧的能量密度平均值（1700 Wh/kg）。所以就动力电池而言，能量不能满足单次充电达到较长驾驶里程的需求。所以，我们能量密度的能源储能设备来解决这些问题。

锂氧,电池,四种类型,构型

锂氧气电池用过渡金属基阴极催化剂的制备及其性能探究离子电池的能量密度（图 1.1）[11]。因此，锂氧气电池作为新足人们对长距离运输的要求，应用前景广阔。电池概述气电池的分类池主要由三部分组成，分别是金属锂、电解液和氧气电极[2解液的种类可以分为四类：有机体系、水体系、混合体系、[8]。
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ426;TM911.41

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