發(fā)布時(shí)間：2020-11-14 17:20

　　 隨著社會(huì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步,人們對(duì)能源的需求也在不斷提高,傳統(tǒng)石油資源的日益短缺使得開(kāi)發(fā)新的能源體系成為迫在眉睫的需求,這其中,擁有高理論能量密度的鋰空氣電池成為研究者們關(guān)注的焦點(diǎn)。鋰空氣電池的理論能量密度接近汽油,且正極反應(yīng)物為氧氣,對(duì)環(huán)境無(wú)污染,因此有望成為替代汽油的新一代能源體系。但鋰空氣電池的研究還不完善,仍存在著充電過(guò)電位高、循環(huán)穩(wěn)定性差等問(wèn)題,開(kāi)發(fā)穩(wěn)定高效的正極催化劑被認(rèn)為是解決問(wèn)題的關(guān)鍵。本文采用化學(xué)氣相沉積法在泡沫鎳基底上生長(zhǎng)了具有褶皺結(jié)構(gòu)的多層三維石墨烯,其分布較為均勻、結(jié)構(gòu)比較完整。以三維石墨烯為正極組裝成鋰空氣電池進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試,其氧還原反應(yīng)起始電勢(shì)較低,電池的可逆性一般。首次充放電時(shí)的放電比容量為271 mAh/g,充電電壓平臺(tái)約為4.3V,放電電壓平臺(tái)約為2.4V,電勢(shì)差約為1.9V。通過(guò)水熱法在三維石墨烯表面合成了鈷酸銅微米花,制得了三維石墨烯和鈷酸銅微米花復(fù)合材料(three-dimensional graphene@CuCo2O4 Microflower,3D graphene@CuCo2O4MF),該材料具有獨(dú)特的分層多孔結(jié)構(gòu),為O2和放電產(chǎn)物提供了充足的輸運(yùn)和儲(chǔ)存空間。以3Dgraphene@CuCo204MF為正極組裝成鋰空氣電池進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試,相比于三維石墨烯電極,3Dgraphene@CuCo2O4MF電極具有更高的氧還原反應(yīng)起始電勢(shì)、更好的可逆性和更低的充放電電勢(shì)差,且首次充放電比容量達(dá)到3278 mAh/g,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于三維石墨烯電極。3 D graphene@CuCo204 MF電極具有良好的倍率性能,在0.4 A/g的電流密度下,放電比容量依然可以達(dá)到785 mAh/g。限制比容量為500 mAh/g時(shí)電池可以保持電壓穩(wěn)定進(jìn)行169個(gè)充放電循環(huán),首次充電平臺(tái)低至3.6 V。
【學(xué)位單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TM911.41
【部分圖文】：

等［２１］。這其中，磷酸鈦鋁鋰（ＬＡＴＰ，?Ｌｉｌ＋ｘＡｌｘＴｉ２．ｘ（Ｐ０４）３）和磷酸鍺鋁鋰（ＬＡＧＰ，??Ｌｉｌ＋ｘＡｌｘＧｅ２．ｘ（Ｐ０４）３）受到了研究者們地關(guān)注。Ｋｕｍａｒ［２２］等對(duì)ＬＡＧＰ作為鋰空氣電池的電解??質(zhì)進(jìn)行了深入的研究，其電池結(jié)構(gòu)示意圖如圖１．３所示。ＬＡＧＰ具有吸收氧分子的固有特??性，并可以與電子結(jié)合生成過(guò)氧化物和超氧化物，其反應(yīng)機(jī)理為：??２ＬＡＧＰ－Ｌｉ＇?＋?０２?—?２ＬＡＧＰ－Ｌｉ＋?：?Ｏ??２ＬＡＧＰ－Ｕ＂：?Ｏ?＋?２ｃ＇?－＞?２ＬＡＧＰ－Ｕ１?＋?２０＇??２１＾?＋?２０－—１＾０２??全固態(tài)電解質(zhì)體系鋰空氣電池可以拫好的抑制鋰枝晶地生長(zhǎng)，并且能有效避免空氣中??的水和氣體對(duì)金屬鋰負(fù)極地腐蝕，比起液體體系的鋰空氣電池更加安全、耐用，但其也同??樣存在不足，理金屬負(fù)極與全固態(tài)電解質(zhì)之間的接觸面積相比于液體電解質(zhì)較小，并且固??態(tài)電解質(zhì)對(duì)于離子的傳輸和氧氣的擴(kuò)散也不夠快速，這些問(wèn)題也制約了它進(jìn)一步地發(fā)展。??５??

江大學(xué)碩士學(xué)位論文究表明，在碳酸鹽基溶劑中，放電產(chǎn)物是碳酸鋰和碳酸烷基酯而不是Ｌｉ２０２，主要原放電中間產(chǎn)物〇：ｆ會(huì)與碳酸鹽基溶劑發(fā)生反應(yīng)生成碳酸鹽［２７］，而這些放電產(chǎn)物會(huì)導(dǎo)致的可逆性變差，有關(guān)的分解機(jī)理見(jiàn)圖１．４。??〇２?＋?６?一?〇２＊??

２．４電池的組裝??電池組裝全程在Ａｒ氣氛保護(hù)下的手套箱中進(jìn)行，手套箱的含水量和含氧量均低于０．５??ｐｐｍ。本論文使用的是ＣＲ２０２５型鋰空氣電池專用電池殼，如圖２．１所示，每個(gè)正極電池??殼上均句分布著１７個(gè)透氣孔，可以保證氧氣和正極材料地充分接觸。隔膜為Ｗｈａｔｍａｎ的??破璃纖維隔膜，原始隔膜的直徑為９０ｍｍ，用打孔器將隔膜裁成直徑為１９?ｍｍ的大小。??電解液為丨ｍｏｌ／Ｌ的雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰（ＬｉＴＦＳＩ）溶解在四乙二醇二甲醚（Ｃｌ０Ｈ２２Ｏ５＞中，??金屬負(fù)極采用０．６?ｍｍ軍度的高純度電池級(jí)鋰片。??翁??圖２．１鋰空氣電池多孔正極電池殼??１６??？?＊??
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