锂/空气电池高性能阴极催化剂的制备及其研究

发布时间：2020-12-12 12:43

　　由于锂/空气电池具有超高理论能量密度、低污染、零排放等特点,其在电动汽车方面具有良好的应用前景,因而吸引了全球众多研究者的关注,研究工作也取得了一些突破性的进展。然而,要实现这种电池的商业化应用,还有许多亟待解决的难题。其中最大的难题之一就是其空气电极及空气电极（阴极）催化剂。事实上,目前国内外关于锂空电池的研究大多集中在空气电极催化剂及空气电极方面。本文中,我们尝试制备了一系列将金属及其氧化物负载在掺杂还原氧化石墨烯上的空气电极材料,采用改性hummers法、高温热处理、水热碳化等一系列途径,制备了具有独特形貌和结构的掺杂纳米碳基材料,并以此为基底,采用浸渍还原法、水热反应法等途径制备了掺杂纳米碳基材料与贵金属的复合催化剂,并结合催化剂的形貌、结构、化学组成、氧还原氧析出催化活性等因素进行探讨,深入的分析了其作为锂/空气电池阴极催化剂的电池性能,旨在制备出对锂/空气电池性能有大幅度提升的高效双功能阴极催化剂。首先,以未掺杂还原氧化石墨烯（rGO）为基底,通过浸渍还原法制备了不同贵金属负载在r GO上,考察了这四种催化剂在锂/空气电池中的性能。结果表明,四种催化剂都保持了石墨烯独特形貌... 

【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：150 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 锂/空气电池的概述
    1.3 锂/空气电池的基本结构和工作原理
        1.3.1 水系电解液体系锂/空气电池
        1.3.2 有机电解液体系锂/空气电池
        1.3.3 水系-有机混合电解液体系锂/空气电池
        1.3.4 固体电解质体系锂/空气电池
    1.4 锂/空气电池空气电极的研究进展
        1.4.1 空气电极结构
        1.4.2 碳材料
        1.4.3 非贵金属催化剂
        1.4.4 贵金属催化剂
        1.4.5 无碳电极 （carbon free）
        1.4.6 过氧化锂在阴极上的形成与形貌
    1.5 电解液
        1.5.1 碳酸酯基电解液
        1.5.2 醚基电解液
        1.5.3 含硫类电解液
        1.5.4 基于离子液体的电解液
        1.5.5 电解质盐类
    1.6 锂/空气电池负极
        1.6.1 锂金属负极
        1.6.2 锂硅合金负极
    1.7 锂/空气电池中存在的问题和挑战
    1.8 本论文的研究内容和意义
        1.8.1 研究背景和意义
        1.8.2 研究内容
第二章 实验部分及表征方法
    2.1 实验材料及化学试剂
    2.2 实验主要仪器和设备
    2.3 实验方法
    2.4 样品的表征
        2.4.1 X-射线衍射分析（XRD）
        2.4.2 扫描电子显微镜表征（SEM）
        2.4.3 透射电子显微镜表征（TEM）
        2.4.4 X-射线光电子能谱表征（XPS）
        2.4.5 氮气吸脱附分析（BET）
        2.4.6 拉曼光谱分析（Raman）
    2.5 催化剂的电化学性能表征
        2.5.1 三电极体系测试催化剂的ORR和OER催化活性
        2.5.2 交流阻抗和电池循环伏安研究
        2.5.3 电池极片的制备
        2.5.4 电池的结构和组装
        2.5.5 电池的恒电流充放电测试
第三章 还原氧化石墨烯负载贵金属催化剂的制备及其锂/空气电池性能研究
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 材料的制备
        3.2.2 材料的表征
        3.2.3 电化学性能测试
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 材料的结构表征
        3.3.2 材料的形貌表征
        3.3.3 材料的电化学表征
    3.4 本章小结
第四章 多元掺杂石墨烯负载钌纳米粒子双功能催化剂的制备及其锂/空气电池性能研究
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 材料的制备
        4.2.2 材料的表征
        4.2.3 电化学性能测试
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 材料的结构表征
        4.3.2 材料的形貌表征
        4.3.3 材料的电化学表征
    4.4 本章小结
第五章 钴氮掺杂石墨烯负载铱氧化物纳米粒子催化剂的制备及其锂/空气电池性能研究
    5.1 引言
    5.2 实验部分
        5.2.1 材料的制备
        5.2.2 材料的表征
        5.2.3 电化学性能测试
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 材料的结构表征
        5.3.2 材料的形貌表征
        5.3.3 材料的电化学表征
    5.4 本章小结
第六章 生物质衍生多元掺杂类石墨烯物质作为锂/空气电池阴极催化剂的研究
    6.1 引言
    6.2 实验部分
        6.2.1 材料的制备
        6.2.2 材料的表征
        6.2.3 电化学性能测试
    6.3 结果与讨论
        6.3.1 材料的结构表征
        6.3.2 材料的形貌表征
        6.3.3 材料的电化学表征
    6.4 本章小结
结论与展望
参考文献
攻读博士学位期间取得的研究成果
致谢
附件



本文编号：2912581