鋰空氣電池作為一種新型電池體系,由于其超高的理論能量密度(3600 Wh kg^-1)受到人們廣泛關(guān)注。然而當(dāng)前鋰空氣電池的發(fā)展正處于基礎(chǔ)研究階段,一些關(guān)鍵的科學(xué)和技術(shù)問(wèn)題尚未解決。這些問(wèn)題包括由反應(yīng)動(dòng)力學(xué)緩慢導(dǎo)致的能量轉(zhuǎn)換效率較低;由正極傳質(zhì)緩慢帶來(lái)的倍率性能較差;由電化學(xué)穩(wěn)定性能較差導(dǎo)致的循環(huán)壽命短;由負(fù)極枝晶、粉化、腐蝕等帶來(lái)的安全性能差,限制了鋰空氣電池的進(jìn)一步發(fā)展。針對(duì)上述問(wèn)題,我們?cè)陂_(kāi)發(fā)新型催化劑及催化機(jī)制方面開(kāi)展了研究,取得的成果如下:利用反相雙溶劑法將Ru納米簇封裝到孔狀有機(jī)籠中,成功制備出高分散、高反應(yīng)活性的RuNCs@RCC3催化劑,將其應(yīng)用于鋰空氣電池中,展現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能。RuNCs@RCC3催化劑與傳統(tǒng)的固體Ru納米粒子催化劑相比,電池的充放電效率、放電容量、倍率性能以及循環(huán)壽命等方面都得到了顯著的提高;通過(guò)SEM和XRD對(duì)電池不同階段的放電產(chǎn)物進(jìn)行測(cè)試發(fā)現(xiàn),RuNCs@RCC3電催化劑能夠直接在Li₂O₂的頂部催化電化學(xué)反應(yīng),顯著提高了放電產(chǎn)物的導(dǎo)電性,最終降低了電池的反應(yīng)極化電壓,提高了電... 

【文章來(lái)源】：吉林大學(xué)吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：89 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

鋰空氣電池模型以及電化學(xué)反應(yīng)原理圖

第1章緒論3鋰空氣電池、有機(jī)系鋰空氣電池、混合系鋰空氣電池、全固態(tài)鋰空氣電池。圖1.2四種不同結(jié)構(gòu)的金屬空氣電池的類(lèi)型圖a:有機(jī)系,b:水系,c:全固態(tài)電解質(zhì)，d:體系混合體系水系鋰空氣電池研究最早，但由于金屬鋰極易與水發(fā)生反應(yīng)，因而對(duì)其研究較少。目前研究最多的是有機(jī)體系，有機(jī)電池體系具有很高的穩(wěn)定性和安全性；混合電池體系是負(fù)極一端為有機(jī)系電解液，正極一端為水的混合電解液，在混合電解液體系中的放電產(chǎn)物氫氧化鋰易溶于電解液，極大地降低了充電過(guò)電勢(shì)，有利于氫氧化鋰的充分分解。固態(tài)電解質(zhì)相對(duì)于液態(tài)體系具有很大的優(yōu)勢(shì)，不存在電解液泄露和金屬鋰負(fù)極發(fā)生腐蝕等高安全性問(wèn)題，但是在固態(tài)體系中，往往面臨著固固界面鋰離子傳輸困難，充電反應(yīng)難于進(jìn)行等缺點(diǎn)。相比于液態(tài)體系，固態(tài)體系的構(gòu)造復(fù)雜，還需要我們對(duì)其充放電機(jī)理進(jìn)行詳細(xì)的探究。1.2.3鋰空氣電池的優(yōu)缺點(diǎn)

第1章緒論4鋰空氣電池有望作為下一代電化學(xué)儲(chǔ)能設(shè)備，與其它儲(chǔ)能設(shè)備相比，鋰空氣電池具有以下明顯的優(yōu)勢(shì)[17]：（1）能量密度高。鋰空氣電池由于半開(kāi)放的結(jié)構(gòu)，正極的活性物質(zhì)來(lái)源于空氣中的氧氣，在放電過(guò)程中，電池內(nèi)無(wú)需存儲(chǔ)氧氣，減輕了電池的總質(zhì)量。若排除氧氣，根據(jù)金屬鋰的質(zhì)量計(jì)算，理論能量密度為11430Whkg1，如果根據(jù)放電產(chǎn)物的質(zhì)量計(jì)算，理論能量密度也高達(dá)3505Whkg1，而鋰空氣電池的實(shí)際的能量密度高達(dá)1700Whkg1。（2）成本低。正極活性材料是空氣中的氧氣，取之不竭，用之不盡，能夠極大地降低材料制備的成本。同時(shí)這種綠色清潔能源減少了環(huán)境污染。（3）高放電平臺(tái)。有機(jī)體系電池的理論放電平臺(tái)在2.96V左右，工作電壓一般在2.7V左右。（4）可逆性好。電池具有簡(jiǎn)單的電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理，在催化劑存在的情況下能夠顯著提高反應(yīng)的充電效率，減少副反應(yīng)，提高電池的可逆性。目前鋰空氣電池的研究在電化學(xué)性能方面已經(jīng)取得了突破性進(jìn)展，但仍處于基礎(chǔ)研究階段，還存在很多科學(xué)及技術(shù)性難題尚未解決，鋰空氣電池想要真正實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，還面臨著巨大的挑戰(zhàn)，如圖1.3所示。圖1.3水系鋰空氣電池所面臨的挑戰(zhàn)示意圖（1）有機(jī)電解液易揮發(fā)。鋰空氣電池電解液的選擇大多來(lái)源于鋰離子電池的電解液。鋰離子電池是一個(gè)密閉的電池體系，因此電解液不會(huì)受到外界因素的影響。鋰空氣電池處于一個(gè)半開(kāi)放的環(huán)境條件，電解液易揮發(fā)，空氣中的水和二氧化碳也會(huì)對(duì)其有負(fù)面影響。此外，活性物質(zhì)氧氣和放電過(guò)程中的超氧根也會(huì)造成

【參考文獻(xiàn)】：
博士論文
[1]鋰空氣電池關(guān)鍵材料的制備及其在柔性器件中的應(yīng)用[D]. 劉通.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2019
[2]基于過(guò)渡金屬體系的鋰空氣電池正極催化劑的優(yōu)化與設(shè)計(jì)[D]. 何樂(lè)為.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所) 2018
[3]鋰空氣電池電極材料的制備和電化學(xué)性能研究[D]. 劉清朝.吉林大學(xué) 2015



本文編號(hào)：3404112