隨著傳統(tǒng)能源的短缺及環(huán)境的污染,我們的社會已經(jīng)從化石燃料經(jīng)濟轉向清潔能源經(jīng)濟,都在積極研究關于可持續(xù)能源的收集、轉換和儲存。鋅空氣電池和生物燃料電池相比于傳統(tǒng)意義上的電池,具有原材料來源廣、成本低、能量轉化高及綠色環(huán)保等特點。本文主要是以高活性的硼氮雙摻雜中空碳納米球(BNCSs)作為鋅空氣電池中陰極(氣體擴散電極)催化劑,制備氣體擴散電極并對其進行優(yōu)化,繼而組裝成鋅空氣電池進行電化學測試;以高活性的硼氮雙摻雜中空碳納米球(BNCSs)作為酶生物燃料電池陽極酶載體,制備生物陽極并對其進行優(yōu)化,繼而組裝成酶生物燃料電池進行電化學測試。主要工作內(nèi)容如下:1.以碳紙作為集流體,氣體擴散層由乙炔黑與聚四氟乙烯乳液(PTFE)組成,催化層由活性炭為基底的BNCSs與PTFE乳液所組成。對集流體進行疏水濃度與時間的優(yōu)化,對氣體擴散層中乙炔黑與PTFE乳液的比例及乙炔黑的負載量進行優(yōu)化,對催化層中使用的BNCSs、活性炭與PTFE乳液的比例及BNCSs的負載量進行優(yōu)化。結果顯示,當集流體在10 wt.%的PTFE乳液中疏水處理5 min,氣體擴散層中乙炔黑/60 wt.%PTFE乳液的質(zhì)量比為6:4(乙炔黑的碳載量為0.8 mg/cm~2),催化層中活性炭/BNCSs/20wt.%PTFE乳液的質(zhì)量比為2:2:3(BNCSs的碳載量為1.0 mg/cm~2)時,氣體擴散電極的電化學性能最優(yōu)。2.設計制作了一種由聚甲基丙烯酸甲酯材料為主體的矩形鋅空氣二次電池器件,它具有密封性能好、方便拆卸和替換電解液與鋅陽極、方便清洗,并且易于觀察內(nèi)部反應情況的優(yōu)點。比較了硼摻雜中空碳納米球(BHCSs)、氮摻雜中空碳納米球(NHCSs)、硼氮雙摻雜中空碳納米球(BNCSs)及商業(yè)Pt/C組裝的鋅空氣電池性能的大小。并使用BNCSs這種雙功能電催化劑,在空氣中制造鋅空氣一次電池和二次電池的氣體擴散電極進行電池性能測試。以BNCSs為基礎的一次鋅空氣電池展現(xiàn)了1.421 V的開路電位,比容量為670 mAh/g_(Zn)(5 mA/cm~2的電流密度下)和最大功率密度為96 mW/cm~2。二次鋅空氣電池可在10 mA/cm~2的電流密度下循環(huán)350次,依舊保持優(yōu)異的穩(wěn)定性能。結果表明,廉價的BNCSs非常適用于此鋅空氣電池能量轉換裝置。3.利用制備的BNCSs為載體,通過簡單的物理吸附作用來固定葡萄糖氧化酶(GOD),以此制備酶生物燃料電池陽極GOD/BNCSs/GC。繼而對BNCSs載量、GOD載量和葡萄糖濃度進行優(yōu)化。當BNCSs的濃度為0.5 mg/mL,GOD的濃度為5 mg/mL及葡萄糖濃度為3 mM時電流密度達到最大值。將電極在4℃下放置七天后,其電催化活性幾乎沒有變化,表明制備的GOD/BNCSs/GC生物陽極具有良好的穩(wěn)定性。并構建了以GOD/BNCSs/GC為陽極,氣體擴散電極為陰極的葡萄糖/O_2電池,其開路電壓和短路電流為0.68 V和0.63 mA/cm~2,在0.22 V時得到最大功率密度52.5μW/cm~2。
【學位單位】：東南大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TB383.1;TM911.4
【部分圖文】：

鋅空氣電池的問世標志著鋅空氣電池的真正商品化，主要應用在助聽器面。而我國從二十世紀六十年代起在傳統(tǒng)的鋅/貴金屬電池和氣體燃料電池研究鋅空氣電池，并研制出了圓筒形的一次鋅空氣電池。來，鋅空氣電池的應用領域從小功率設備趨向于大功率儀器設備。1995 年料（Electric Fuel）有限公司首次將鋅空氣電池應用在蓄電池車（Electric ve比能量高達 207 Wh/kg，最高時速達 120 km/h，由靜止加速到 80 km/h 僅好的動力性能，自此鋅空氣電池進入電動車實用化階段。美國 Dreitive 公司開發(fā)的鋅空氣電池已經(jīng)在公共汽車上使用，可連續(xù)行駛 10 小時海世博會上，博信電池公司研發(fā)的鋅空氣電池園內(nèi)觀覽車，引起了業(yè)內(nèi)人。隨著社會的發(fā)展，能源消耗的加劇，鋅空氣燃料電池的研究與應用將進巨大的市場潛力，其在價格、性能、安全性及快速加油等方面能夠與常鋅空氣電池的商業(yè)成功應以交通運輸系統(tǒng)為依托，如圖 1-1 所示[11]，建開發(fā)三個基本的要素：鋅空氣電動車，公共加油站和再生設施。太陽能集中器

圖 1-2 鋅空氣二次電池充放電原理圖[12]以得到鋅空氣電池的理論電壓值為 1.65 V，但在實際的很難達到理論電壓值，因此鋅空氣電池的開路電壓一般2]，二次鋅空氣電池包括放電和充電兩個過程，充電時鋅鋅固體沉積在電極表面，氣體擴散電極則作為陽極發(fā)生生的反應正好與放電時相反[13-15]。的特點為一種新型的能源電池，既具有蓄電池的特點又具有、鋅錳蓄電池一樣，它的正極活性物質(zhì)儲蓄在電池體的活性物質(zhì)是來自于空氣中的氧氣，具有無窮的容量，和池具有的優(yōu)點具體體現(xiàn)在以下幾個方面：：鋅空氣電池和其他的空氣電池一樣，其正極活性物質(zhì)

圖 1-3 不同類型電池容量對比圖[6]性能穩(wěn)定：在電池的恒流放電過程中，對正極活性物質(zhì)的影幾乎沒有變化，所以在長時間的放電過程中，電壓可以保持溫度范圍廣：鋅空氣電池可在較大的范圍-40~60 ℃下工作，料豐富：鋅空氣電池中的陽極鋅價格低廉，來源廣，制造成氣陰極所需的氧氣來自于大氣，取之不盡用之不竭。安全：電池氣體擴散電極的活性物質(zhì)為氧氣，陽極鋅被氧化境不會造成污染，電解液性質(zhì)穩(wěn)定且不可燃；整個電池體系屬，屬于環(huán)境友好型。期長：儲存期間會將電池密封，氣體擴散電極與外界空氣隔長期儲存。
【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 翁曉琳;劉佩佩;劉江;劉美林;;鋅空氣電池研究進展[J];電源技術;2019年04期

2 ;理化所高電流密度下可充放電式鋅空氣電池研究取得進展[J];河南化工;2017年09期

3 ;高電流密度下可充放電式鋅空氣電池研究取得進展[J];山東陶瓷;2017年04期

4 魏安康;朱梅;徐獻芝;尹成龍;;微孔膜對鋅空氣電池失水的影響[J];實驗力學;2014年01期

5 劉春娜;;鋅空氣電池技術進展[J];電源技術;2012年06期

6 ;美開發(fā)鋅空氣電池可實現(xiàn)2700次循環(huán)充放電[J];中國電力;2012年10期

7 本刊編輯部;;美研發(fā)鋅空氣電池 可2700次循環(huán)充放電[J];華北電力技術;2012年12期

8 秦鳳華;;鋅空氣電池:儲能新軍[J];中國投資;2010年06期

9 朱梅;徐獻芝;宋輝;李芬;;一種機械再充式鋅空氣電池的結構[J];電池;2007年04期

10 張文保;可再充鋅空氣電池的發(fā)展[J];電源技術;2002年06期

相關博士學位論文 前3條

1 季東曉;氧催化電紡碳纖維的設計和制備及其在柔性鋅空氣電池中的應用[D];東華大學;2018年

2 孟凡陸;碳基氧氣電催化劑的制備及其性能和應用研究[D];吉林大學;2017年

3 李芬;鋅空氣電池之氣體擴散電極性能研究[D];中國科學技術大學;2010年

相關碩士學位論文 前10條

1 曹志錢;基于雙功能納米電催化劑的可充電鋅空氣電池儲能器件的設計與制備[D];安徽大學;2019年

2 韓偉;新型可充熔鹽鋅空氣電池研究[D];東北石油大學;2018年

3 馬曉蘭;摻雜中空碳納米球在鋅空氣電池陰極及酶生物燃料電池陽極中的應用研究[D];東南大學;2018年

4 翁曉琳;鋅空氣電池的關鍵部件及其多孔導電陶瓷基底負載銀陰極的研究[D];華南理工大學;2018年

5 王夢凡;基于異原子摻雜碳材料的高性能鋅空氣電池研究[D];蘇州大學;2017年

6 徐冬陽;多孔碳包裹金屬（鈷/鎳）及其氧化物電化學儲能研究[D];燕山大學;2017年

7 邵劍娟;圓柱形鋅空氣電池的研究[D];哈爾濱工程大學;2006年

8 李會娟;小型鋅空氣電池的研究[D];哈爾濱工程大學;2004年

9 魏安康;基于仿生學的植物氣孔高效擴散效應的研究[D];安徽農(nóng)業(yè)大學;2014年

10 房尚;可充式鋅空氣電池鋅負極的研究[D];中南大學;2012年

本文編號：2859316