鋰空氣電池作為一種新型電池體系,由于其超高的理論能量密度(3600 Wh kg^-1)受到人們廣泛關注。然而當前鋰空氣電池的發(fā)展正處于基礎研究階段,一些關鍵的科學和技術問題尚未解決。這些問題包括由反應動力學緩慢導致的能量轉換效率較低;由正極傳質緩慢帶來的倍率性能較差;由電化學穩(wěn)定性能較差導致的循環(huán)壽命短;由負極枝晶、粉化、腐蝕等帶來的安全性能差,限制了鋰空氣電池的進一步發(fā)展。針對上述問題,我們在開發(fā)新型催化劑及催化機制方面開展了研究,取得的成果如下:利用反相雙溶劑法將Ru納米簇封裝到孔狀有機籠中,成功制備出高分散、高反應活性的RuNCs@RCC3催化劑,將其應用于鋰空氣電池中,展現出優(yōu)異的電化學性能。RuNCs@RCC3催化劑與傳統(tǒng)的固體Ru納米粒子催化劑相比,電池的充放電效率、放電容量、倍率性能以及循環(huán)壽命等方面都得到了顯著的提高;通過SEM和XRD對電池不同階段的放電產物進行測試發(fā)現,RuNCs@RCC3電催化劑能夠直接在Li₂O₂的頂部催化電化學反應,顯著提高了放電產物的導電性,最終降低了電池的反應極化電壓,提高了電... 

【文章來源】：吉林大學吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數】：89 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

鋰空氣電池模型以及電化學反應原理圖

第1章緒論3鋰空氣電池、有機系鋰空氣電池、混合系鋰空氣電池、全固態(tài)鋰空氣電池。圖1.2四種不同結構的金屬空氣電池的類型圖a:有機系,b:水系,c:全固態(tài)電解質，d:體系混合體系水系鋰空氣電池研究最早，但由于金屬鋰極易與水發(fā)生反應，因而對其研究較少。目前研究最多的是有機體系，有機電池體系具有很高的穩(wěn)定性和安全性；混合電池體系是負極一端為有機系電解液，正極一端為水的混合電解液，在混合電解液體系中的放電產物氫氧化鋰易溶于電解液，極大地降低了充電過電勢，有利于氫氧化鋰的充分分解。固態(tài)電解質相對于液態(tài)體系具有很大的優(yōu)勢，不存在電解液泄露和金屬鋰負極發(fā)生腐蝕等高安全性問題，但是在固態(tài)體系中，往往面臨著固固界面鋰離子傳輸困難，充電反應難于進行等缺點。相比于液態(tài)體系，固態(tài)體系的構造復雜，還需要我們對其充放電機理進行詳細的探究。1.2.3鋰空氣電池的優(yōu)缺點

第1章緒論4鋰空氣電池有望作為下一代電化學儲能設備，與其它儲能設備相比，鋰空氣電池具有以下明顯的優(yōu)勢[17]：（1）能量密度高。鋰空氣電池由于半開放的結構，正極的活性物質來源于空氣中的氧氣，在放電過程中，電池內無需存儲氧氣，減輕了電池的總質量。若排除氧氣，根據金屬鋰的質量計算，理論能量密度為11430Whkg1，如果根據放電產物的質量計算，理論能量密度也高達3505Whkg1，而鋰空氣電池的實際的能量密度高達1700Whkg1。（2）成本低。正極活性材料是空氣中的氧氣，取之不竭，用之不盡，能夠極大地降低材料制備的成本。同時這種綠色清潔能源減少了環(huán)境污染。（3）高放電平臺。有機體系電池的理論放電平臺在2.96V左右，工作電壓一般在2.7V左右。（4）可逆性好。電池具有簡單的電化學反應機理，在催化劑存在的情況下能夠顯著提高反應的充電效率，減少副反應，提高電池的可逆性。目前鋰空氣電池的研究在電化學性能方面已經取得了突破性進展，但仍處于基礎研究階段，還存在很多科學及技術性難題尚未解決，鋰空氣電池想要真正實現商業(yè)化，還面臨著巨大的挑戰(zhàn)，如圖1.3所示。圖1.3水系鋰空氣電池所面臨的挑戰(zhàn)示意圖（1）有機電解液易揮發(fā)。鋰空氣電池電解液的選擇大多來源于鋰離子電池的電解液。鋰離子電池是一個密閉的電池體系，因此電解液不會受到外界因素的影響。鋰空氣電池處于一個半開放的環(huán)境條件，電解液易揮發(fā)，空氣中的水和二氧化碳也會對其有負面影響。此外，活性物質氧氣和放電過程中的超氧根也會造成

【參考文獻】：
博士論文
[1]鋰空氣電池關鍵材料的制備及其在柔性器件中的應用[D]. 劉通.中國科學技術大學 2019
[2]基于過渡金屬體系的鋰空氣電池正極催化劑的優(yōu)化與設計[D]. 何樂為.中國科學院大學(中國科學院上海硅酸鹽研究所) 2018
[3]鋰空氣電池電極材料的制備和電化學性能研究[D]. 劉清朝.吉林大學 2015



本文編號：3404112