鋰-氧氣電池由于其超高的理論能量密度而受到廣泛關注,但由于其存在的實際能量密度低、往返效率差、過電勢高以及不太理想的循環(huán)壽命等問題限制了鋰-氧氣電池的商業(yè)化應用。這些問題主要與正極材料的氧還原反應（ORR）和氧析出反應（OER）動力學有關,同時放電產物Li₂O₂的寬帶隙（4-5 eV）迫使其需要在高電位下才能分解,導致發(fā)生不期望的寄生反應,從而降低了電池的循環(huán)穩(wěn)定性和能量效率。高效的催化劑對于改善ORR和OER動力學具有顯著效果,適宜框架結構的正極材料可以容納更多的放電產物,也是提升電池性能的有效途徑。目前針對上述問題的研究主要集中在開發(fā)合理結構的正極材料和高效活性的催化劑。本工作以泡沫鎳（Ni）為基底,通過水熱法在其骨架上合成了一系列鋰-氧氣電池金屬硫化物自支撐正極;以碳布（CC）為基底,利用磁控濺射對碳布進行氮摻雜,并通過水熱合成法和高溫退火處理制備氮摻雜碳布復合磷化物自支撐正極。采用X射線衍射（XRD）、X射線光電子能譜分析（XPS）、掃描電子顯微鏡（SEM）和透射電子顯微鏡（TEM）對電極的物相和微觀形貌進行了表征,采用循環(huán)伏安法、恒... 

【文章來源】：成都理工大學四川省

【文章頁數(shù)】：119 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

各種可充電電池的比能量密度[LuJ,2014]

學能轉化為電能的新型儲能裝置（Yi L C,2016）。其結構、正極多孔材料、催化劑以及電解液（Wen Z Y,2105; Hua解質的不同可以將鋰-氧氣電池分為四類（Ma Z,2015圖 1-2 描述了四種不同電解質的鋰-氧氣電池：（a）有機b）水系電解質鋰-氧氣電池、（c）全固態(tài)電解質鋰-氧氣鋰-氧氣電池。有機體系鋰-氧氣電池具有獨特的開放式結的封閉式結構，鋰-氧氣電池正極多孔結構與外界接觸，中的傳輸；水系鋰-氧氣電池的電解液溶劑為水，而金屬氫氣，導致電池存在嚴重的安全隱患，因此在鋰負極和電阻水滲透又能傳導鋰離子的隔膜；全固態(tài)鋰-氧氣電池其類似，區(qū)別在于正極是否開孔，而且在充放電過程中由于應，因此目前對于全固態(tài)體系的研究還不是很多；混合以避免水與金屬鋰反應，但是其制造過程較為復雜，因此在有機電解質鋰-氧氣電池。

1.2.1.2 鋰-氧氣電池的工作原理研究表明，鋰-氧氣電池在放電/充電過程中伴隨 Li2O2的可逆生成與分解即：2Li + O2 Li2O2。放電過程中，負極金屬鋰失去電子變成 Li+，正極活性質氧氣被還原成 O2-并與 Li+結合生成 LiO2中間體，然后 LiO2通過電化學還原生成 Li2O2或者歧化反應生成 Li2O2。由于 Li2O2絕緣不溶于電解液的特性，使Li2O2在放電過程中不斷沉積在正極表面，稱為氧還原反應（ORR）（Lu, J;2016）充電過程為氧析出反應（OER），在此過程中 Li2O2發(fā)生分解，釋放出 Li+和 O2Li2O2的生長路徑與兩種經典的生長模型如圖 1-3 所示：表面模型和溶液模型。根據文獻報道（Lyu Z Y, 2017; Lu J,2014; LuntzAC,2014; Safari M,2014），當 LiO中間體吸附在陰極材料表面，被進一步還原成 Li2O2時，在陰極表面形成薄膜的 Li2O2，稱之為表面生長模型；如果 LiO2溶于電解液中，自身發(fā)生歧化反應在溶液中成核生長，形成顆粒狀的 Li2O2，稱之為溶液生長模型。不同生長模型會形成不同形貌和結構的 Li2O2，進而導致不同的電池性能。

【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：3525582