本文關(guān)鍵詞：有機(jī)體系鋰空氣電池雙功能氧電極的研究

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【摘要】：鋰-空氣電池具有超高的理論比容量(3860 mAh g-1)和理論比能量(11400 Wh kg-1),是一種環(huán)境友好的新型電池。若該系統(tǒng)能研制成功,將有希望取代汽油作為動(dòng)力汽車的能量裝置。近年來,科研人員雖然已經(jīng)取得一些初步研究成果,但是對(duì)于可充電鋰-空氣電池的研究仍然處于初級(jí)階段。影響鋰-空氣電池實(shí)用化的最關(guān)鍵因素為陰極反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)缺陷,因此需要尋找一種合適的催化劑來提高陰極的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)速率。本論文主要集中在空氣電極的制備及氧還原/氧析出雙效催化劑的基礎(chǔ)研究,論文的主要內(nèi)容如下：制備了Ba0.9Co0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ (BCFN9721)鈣鈦礦型氧化物作為氧還原(ORR)和氧析出(OER)的雙功能電催化劑。一系列不同組分KB和BCFN9721組成氧電極的鋰-氧氣電池中,含有80%科琴黑(KB)和20%BCFN9721組成氧電極的鋰-氧氣電池具有最高的放電平臺(tái)為2.63V。KB中增加20%的BCFN9721可以有效地減少極化,特別是OER。鋰-氧氣電池使用BCFN9721鈣鈦礦型氧化物作為電催化劑,在限制容量為1000 mAh g-1 electrode的條件下可以穩(wěn)定充放電循環(huán)24次。BCFN9721催化劑可以顯著減小充電極化,因此可以緩解由于碳的腐蝕和電解液的分解而形成的副產(chǎn)物。制備了三維大孔MnO2和LaNiO3-δ,并分別使用這兩種材料作為鋰-氧氣電池氧電極催化劑,對(duì)電池的電化學(xué)性能進(jìn)行了測(cè)試。對(duì)于使用三維大孔MnO2作為氧電極催化劑組成的電池,其首次放電比容量高達(dá)3000 mAh g-1 electrode以上。在等容量測(cè)試過程中,該電池可以穩(wěn)定循環(huán)十次,表明使用三維大孔MnO2催化劑應(yīng)用于鋰-氧氣電池,促進(jìn)了氧還原和氧析出反應(yīng)的進(jìn)行。對(duì)于使用三維大孔LaNiO3-δ作為氧電極催化劑組成的電池,電池的首次放電比容量為2600 mAh g-1 electrode左右。在等容量測(cè)試過程中,電池可以穩(wěn)定循環(huán)九次,說明該催化劑可以在一定程度上促進(jìn)電池氧還原和氧析出反應(yīng)的進(jìn)行。
【關(guān)鍵詞】：鋰-氧氣電池 鈣鈦礦型氧化物 氧電極催化劑 氧還原反應(yīng) 氧析出反應(yīng)
【學(xué)位授予單位】：天津工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O646.54;TM911.41
【目錄】：

• 學(xué)位論女的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)3-4
• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 緒論9-27
• 1.1 前言9
• 1.2 電動(dòng)汽車動(dòng)力電池實(shí)際應(yīng)用的重要標(biāo)準(zhǔn)9-12
• 1.3 鋰-空氣電池的分類12-14
• 1.4 有機(jī)體系鋰-空氣電池的研究進(jìn)展14-24
• 1.4.1 空氣陰極16-20
• 1.4.1.1 電極結(jié)構(gòu)16-17
• 1.4.1.2 催化劑17-20
• 1.4.2 電解液20-21
• 1.4.3 金屬鋰陽極21-24
• 1.4.3.1 退化21-23
• 1.4.3.2 表面改性23-24
• 1.5 本論文選題依據(jù)和研究?jī)?nèi)容24-27
• 第二章 Ba_(0.9)Co_(0.7)Fe_(0.2)Nb_(0.1)O_(3-δ)鈣鈦礦型氧化物的制備及其電化學(xué)性能研究27-45
• 2.1 引言27-28
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分28-31
• 2.2.1 試驗(yàn)中所用的主要儀器28-29
• 2.2.2 試驗(yàn)中所用的主要試劑29
• 2.2.3 BCFN9721粉體和氧電極的制備29-30
• 2.2.3.1 BCFN9721粉體的制備29
• 2.2.3.2 氧電極的制備29-30
• 2.2.4 鋰-氧氣電池的組裝及評(píng)價(jià)30
• 2.2.5 物理化學(xué)表征30-31
• 2.3 結(jié)果與討論31-42
• 2.3.1 催化劑的物理化學(xué)表征31-32
• 2.3.2 電化學(xué)評(píng)價(jià)32-42
• 2.4 本章小結(jié)42-45
• 第三章 三維大孔材料的制備及其電化學(xué)性能研究45-65
• 3.1 引言45-46
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分46-50
• 3.2.1 試驗(yàn)中所用的主要儀器46-47
• 3.2.2 試驗(yàn)中所用的主要試劑47-48
• 3.2.3 聚苯乙烯(PS)膠體晶體的制備48
• 3.2.3.1 聚苯乙烯(PS)膠體微球的合成48
• 3.2.3.2 聚苯乙烯(PS)膠體晶體的組裝48
• 3.2.4 前驅(qū)體溶液的配置48-49
• 3.2.5 模板的填充49
• 3.2.6 模板的去除49
• 3.2.7 氧電極的制備49
• 3.2.8 鋰-氧氣電池的組裝及評(píng)價(jià)49-50
• 3.3 結(jié)果與討論50-54
• 3.3.1 溶劑用量對(duì)聚苯乙烯微球粒徑及單分散性的影響50-51
• 3.3.2 聚苯乙烯膠體晶體模板的SEM表征及TG分析51-53
• 3.3.3 不同材料的三維大孔形貌分析圖53-54
• 3.4 電化學(xué)分析54-63
• 3.4.1 三維大孔MnO_2氧電極的電化學(xué)分析54-59
• 3.4.2 三維大孔LaNiO_(3-δ)氧電極的電化學(xué)分析59-63
• 3.5 本章小結(jié)63-65
• 第四章 結(jié)論與展望65-67
• 4.1 結(jié)論65-66
• 4.2 展望66-67
• 參考文獻(xiàn)67-79
• 學(xué)術(shù)發(fā)表79-81
• 致謝81

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本文編號(hào)：701287