本文關(guān)鍵詞：鈷基金屬?gòu)?fù)合氧化物催化劑的制備及其在鋰空氣電池中的應(yīng)用研究

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【摘要】：近年來(lái)鋰空氣電池成為研究熱點(diǎn),該電池與普通的鋰離子電池相比,有更高的理論能量密度(11,000 Wh kg-1),被認(rèn)為在電動(dòng)汽車領(lǐng)域里的最有前景的儲(chǔ)能系統(tǒng)。但是,在投入實(shí)際應(yīng)用之前,需要解決諸如低的循環(huán)效率、低的倍率性能和差的循環(huán)性能等問(wèn)題。最近,人們?cè)谕ㄟ^(guò)空氣電極引入雙功能催化劑來(lái)提高電池的電化學(xué)性能方面做了大量的工作。基于此,本文研究重點(diǎn)集中在制備廉價(jià)高效的鋰空氣電池催化劑。具體研究?jī)?nèi)容包括:(1)首次通過(guò)靜電紡絲技術(shù)和煅燒后處理方法得到了一維多孔的La0.5Sr0.5CoO2.91納米管,并作為高效的雙功能催化劑應(yīng)用于鋰空氣電池。當(dāng)由La0.5Sr0.5CoO2.91納米管組裝的鋰空氣電池在電流為100 mA g-1條件下放電,得到首次放電容量為7205 mAh g-1,放電電壓平臺(tái)為2.66 V。La0.5Sr0.5CoO2.91納米管在堿性介質(zhì)和非水電解液中可以有效的促進(jìn)氧還原和氧析出反應(yīng),因而提高了電池的能量效率和庫(kù)倫效率。電池在限容1000 mAh g-1的條件下可以循環(huán)85次,表明可以作為雙功能催化劑應(yīng)用于鋰空氣電池的正極。(2)通過(guò)硬模板制備了三維有序介孔(3DOM)的CuCo2O4材料,該材料可以作為高效的雙功能催化劑應(yīng)用于鋰空氣電池。通過(guò)XRD和TEM確定了CuCo2O4材料為純相的三維有序結(jié)構(gòu)。制備的CuCo2O4納米顆粒有高的比表面積97.1 m2 g-1。循環(huán)伏安測(cè)試表明三維介孔的CuCo2O4可以提高氧還原(ORR)和氧析出(OER)的動(dòng)力學(xué)反應(yīng)。由3DOM CuCo2O4組裝的鋰空氣電池比純的科琴炭黑(KB)組裝的鋰空氣電池有更高的放電比容量,放電比容量為7456 mAh g-1。另外,在電流密度為100 mA g-1條件下,CuCo2O4電極比碳電極極大的提高了電池的循環(huán)性能,且降低了610 mV的充放電電位差。CuCo2O4材料的高的催化活性與其大的比表面積和3D有序介孔結(jié)構(gòu)有關(guān)。(3)通過(guò)硬模板制備了三維有序介孔(3DOM)的ZnCo2O4材料,該材料可以作為高效的雙功能催化劑應(yīng)用于鋰空氣電池。通過(guò)XRD和BET表征了ZnCo2O4納米顆粒為尖晶石結(jié)構(gòu),且有127.2 m2 g-1的高比表面積。由3DOM ZnCo2O4組裝的鋰空氣電池比純的科琴炭黑(KB)組裝的鋰空氣電池有更高的放電比容量,放電比容量為6024 mAh g-1。另外,在電流密度為100 mA g-1條件下,ZnCo2O4電極比碳電極極大的提高了電池的循環(huán)性能,且降低了220 mV的充放電電位差。ZnCo2O4材料的高的催化活性與其大的比表面積和3D介孔結(jié)構(gòu)有關(guān)。
【關(guān)鍵詞】：鋰空氣電池 催化劑 靜電紡絲技術(shù) 介孔材料 電化學(xué)性能
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：O643.36;TM911.41
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第1章 緒論11-26
• 1.1 課題背景及研究的目的和意義11-12
• 1.2 鋰空氣電池簡(jiǎn)介12-25
• 1.2.1 鋰空氣電池的工作原理12-14
• 1.2.2 鋰空氣電池的研究進(jìn)展14-25
• 1.3 本論文的研究思路及主要工作25-26
• 第2章 實(shí)驗(yàn)材料與實(shí)驗(yàn)方法26-34
• 2.1 實(shí)驗(yàn)藥品和試劑26
• 2.2 實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備26-27
• 2.3 催化材料的制備27-29
• 2.3.1 一維多孔La_(0.5)Sr_(0.5)CoO_(2.91)納米管的制備27-28
• 2.3.2 三維介孔CuCo_2O_4的制備28
• 2.3.3 三維介孔ZnCo_2O_4的制備28-29
• 2.4 樣品物化性能表征29-31
• 2.4.1 掃描電子顯微鏡(SEM)表征29
• 2.4.2 透射電子顯微鏡(TEM)表征29-30
• 2.4.3 X射線能量分析光譜(EDX)分析30
• 2.4.4 X射線衍射(XRD)表征30
• 2.4.5 X射線光電子能譜(XPS)表征30
• 2.4.6 氮?dú)馕摳?BET)測(cè)試30-31
• 2.4.7 熱重-差熱(TG)分析31
• 2.5 研究電極的制備及電池的組裝31-32
• 2.5.1 研究電極的制備31
• 2.5.2 鋰空氣電池的組裝和測(cè)試31-32
• 2.6 材料的電化學(xué)性能測(cè)試32-34
• 2.6.1 充放電測(cè)試32
• 2.6.2 循環(huán)伏安(CV)測(cè)試32
• 2.6.3 線性掃描伏安(LSV)測(cè)試32-33
• 2.6.4 電化學(xué)阻抗(EIS)測(cè)試33-34
• 第3章 一維多孔La_(0.5)Sr_(0.5)CoO_(2.91)納米管的制備及其在鋰空氣電池中的應(yīng)用34-54
• 3.1 前言34-37
• 3.2 最佳實(shí)驗(yàn)條件的確定37-41
• 3.3 物化性能表征41-46
• 3.3.1 La_(0.5)Sr_(0.5)CoO_(2.91)前驅(qū)體的TG測(cè)試41-42
• 3.3.2 La_(0.5)Sr_(0.5)CoO_(2.91)材料的XRD測(cè)試42-43
• 3.3.3 La_(0.5)Sr_(0.5)CoO_(2.91)材料的SEM和TEM測(cè)試43-45
• 3.3.4 La_(0.5)Sr_(0.5)CoO_(2.91)材料的BET測(cè)試45
• 3.3.5 La_(0.5)Sr_(0.5)CoO_(2.91)材料的EDX測(cè)試45-46
• 3.4 電化學(xué)性能表征46-53
• 3.4.1 線性掃描伏安和循環(huán)伏安測(cè)試46-47
• 3.4.2 電池的充放電測(cè)試47-51
• 3.4.3 電化學(xué)阻抗測(cè)試51-53
• 3.5 本章小結(jié)53-54
• 第4章 三維介孔鈷酸銅的制備及其在鋰空氣電池中的應(yīng)用54-70
• 4.1 前言54-55
• 4.2 物化性能表征55-62
• 4.2.1 CuCo_2O_4前驅(qū)體的TG測(cè)試55-56
• 4.2.2 KIT-6 模板的BET測(cè)試56-57
• 4.2.3 KIT-6 模板的XRD測(cè)試57-58
• 4.2.4 CuCo_2O_4材料的XRD測(cè)試58
• 4.2.5 CuCo_2O_4材料的SEM和TEM測(cè)試58-59
• 4.2.6 CuCo_2O_4材料的XPS測(cè)試59-61
• 4.2.7 CuCo_2O_4材料的BET測(cè)試61-62
• 4.3 電化學(xué)性能表征62-69
• 4.3.1 電池的循環(huán)伏安測(cè)試62
• 4.3.2 電池的充放電測(cè)試62-68
• 4.3.3 電池的電化學(xué)阻抗測(cè)試68-69
• 4.4 本章小結(jié)69-70
• 第5章 三維介孔鈷酸鋅的制備及其在鋰空氣電池中的應(yīng)用70-84
• 5.1 前言70-71
• 5.2 物化性能表征71-75
• 5.2.1 ZnCo_2O_4前驅(qū)體的TG測(cè)試71-72
• 5.2.2 ZnCo_2O_4材料的XRD測(cè)試72-73
• 5.2.3 ZnCo_2O_4材料的BET測(cè)試73-74
• 5.2.4 ZnCo_2O_4材料的SEM和TEM測(cè)試74
• 5.2.5 ZnCo_2O_4材料的XPS測(cè)試74-75
• 5.3 電化學(xué)性能表征75-82
• 5.3.1 電池的循環(huán)伏安測(cè)試75-76
• 5.3.2 電池的充放電測(cè)試76-81
• 5.3.3 電池的電化學(xué)阻抗測(cè)試81-82
• 5.4 本章小結(jié)82-84
• 結(jié)論84-86
• 參考文獻(xiàn)86-101
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文與研究成果清單101-102
• 致謝102-103
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷103

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本文編號(hào)：864958