本文關(guān)鍵詞：一種無(wú)粘結(jié)劑的柔性正極材料用于可充電的鈉空氣電池（英文）

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【摘要】：隨著全球環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng),開(kāi)發(fā)具有環(huán)保可持續(xù)且高能量密度的能源逐漸成為人們關(guān)注的焦點(diǎn).近年來(lái),金屬-空氣電池憑借其高的能量密度作為能源存儲(chǔ)器件已經(jīng)引起了人們的廣泛關(guān)注.最重要的是,此類(lèi)電池的反應(yīng)物為空氣中的氧氣,并不需要輔助設(shè)備對(duì)其儲(chǔ)存,使得無(wú)論在質(zhì)量和體積方面均優(yōu)于其他二次電池.尤其鋰空氣電池憑借其高的理論比容量11140 Wh/kg,比現(xiàn)有鋰離子電池高出1 2個(gè)數(shù)量級(jí),且有質(zhì)量輕便等優(yōu)勢(shì),成為近幾年的研究熱點(diǎn).然而,考慮到金屬鋰資源的短缺和金屬鈉與其具有相似的物理化學(xué)性質(zhì),因此呼吁用金屬鈉取代金屬鋰,鈉-空氣電池作為未來(lái)的儲(chǔ)能器件引起了廣大研究者的興趣.但是,鈉空氣電池目前的實(shí)際應(yīng)用仍存在很多問(wèn)題:充放電過(guò)程中產(chǎn)生過(guò)高的過(guò)電位,循環(huán)壽命低,電解液不穩(wěn)定,粘結(jié)劑的不穩(wěn)定性,空氣正極的結(jié)構(gòu)以及外界操作環(huán)境條件等.解決這些問(wèn)題的一種重要途徑就是尋找合適的催化劑和設(shè)計(jì)合理的電極結(jié)構(gòu).催化劑的加入既可以增強(qiáng)其氧還原(ORR)及氧析出(OER)活性又可以通過(guò)調(diào)控電極的結(jié)構(gòu),為氧氣、電子和離子的運(yùn)輸提供更多的通道,從而加速ORR和OER進(jìn)程.基于粘結(jié)劑的不穩(wěn)定性,需設(shè)計(jì)一體化的正極材料.由于碳纖維布作為柔性集流體具有高的機(jī)械強(qiáng)度和電化學(xué)穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn),因此本文使用水熱處理和熱處理兩步法在碳纖維布上原位生長(zhǎng)Co_3O_4納米線(Co_3O_4 NWs),制備柔性、無(wú)粘結(jié)劑的一體化正極材料(COCT)用于鈉空氣電池.本實(shí)驗(yàn)以硝酸鈷為主鹽,尿素為礦化劑,氟化銨為絡(luò)合劑,通過(guò)120°C熱處理5 h在碳纖維布上生長(zhǎng)Co_3O_4NWs的前驅(qū)體,然后經(jīng)過(guò)400°C熱處理2 h得到一體化柔性電極材料并用于鈉空氣電池,該材料表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能:充放電過(guò)程產(chǎn)生較低的過(guò)電位;高的放電比容量4687 m Ah/g,碳纖維布作為正極放電容量是1113.7 m Ah/g;能穩(wěn)定循環(huán)62圈(碳纖維布作為正極循環(huán)16圈).這些優(yōu)異的性能可歸功于Co_3O_4 NWs高的催化性能和多孔性效應(yīng):(1)由于Co_3O_4 NWs緊密地附著在碳纖維布表面,形成了快速的電子傳導(dǎo)通道,因而具有優(yōu)異的電子傳導(dǎo)性;(2)Co_3O_4 NWs之間的空隙以及多孔結(jié)構(gòu)增加了反應(yīng)的活性面積和活性位點(diǎn),這種結(jié)構(gòu)有利于氧氣和離子的運(yùn)輸以及電解液的擴(kuò)散,從而加速ORR和OER進(jìn)程;(3)COCT電極結(jié)構(gòu)能為放電產(chǎn)物和反應(yīng)物提供更多的存儲(chǔ)位置,從而提高了放電容量和倍率性能.結(jié)果證實(shí),鈉空氣電池的放電產(chǎn)物是過(guò)氧化鈉和超氧化鈉的混合物.加入催化劑后,放電產(chǎn)物的形貌發(fā)生了變化:當(dāng)碳纖維布作為正極材料時(shí),放電產(chǎn)物的形貌是片狀的;COCT電極作為正極材料時(shí),放電產(chǎn)物沿著Co_3O_4 NWs生長(zhǎng).這種柔性一體化正極材料的應(yīng)用,為柔性鈉空氣電池器件的發(fā)展起到了巨大的推動(dòng)作用.
【作者單位】： 中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所稀土資源利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;中國(guó)科學(xué)院大學(xué);
【關(guān)鍵詞】： 柔性 無(wú)粘結(jié)劑 四氧化三鈷納米線 多孔性 催化性能
【基金】：supported by the 100 Talents Programme of the Chinese Academy of Sciences the National Basic Research Program of China(973 Program,2014CB932300,2012CB215500) the National Natural Science Foundation of China(21422108,51472232,51301160)~~
【分類(lèi)號(hào)】：TM911.41;O643.36
【正文快照】： 1.Introduction Rechargeable metal-air batteries have attracted significant attention as energy storage devices owing to their higher theo-retical energy density than commercialized Li-ion batteries,especially non-aqueous Li-O2 and Na-O2 batteries[1 6].N，

本文編號(hào)：811199