本文關(guān)鍵詞：多孔納米結(jié)構(gòu)高效雙功能催化劑的制備及其電化學(xué)性能的研究

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【摘要】：鋰空氣電池由于其高的能量密度,受到了人們廣泛地關(guān)注,被認(rèn)為是替代鋰離子電池下一代新的儲(chǔ)能系統(tǒng)。但是,目前鋰空氣電池存在能量效率低、倍率性能差、循環(huán)壽命短等問題,導(dǎo)致其難以實(shí)現(xiàn)實(shí)際應(yīng)用�？諝怆姌O催化劑的設(shè)計(jì)和開發(fā)是解決這些問題的關(guān)鍵方法之一。本論文設(shè)計(jì)和開發(fā)了兩種高效雙功能催化劑用于鋰空氣電池當(dāng)中。一是通過靜電紡絲法合成了大孔/介孔多級(jí)孔結(jié)構(gòu)La0.5Sr0.5CoO3-x納米管(HPN-LSC)。HPN-LSC的直徑為118.2±1.2 nm,表面存在大孔和介孔的多級(jí)孔結(jié)構(gòu),大孔尺寸在50-80 nm之間,介孔尺寸在2-10 nm之間,比表面積為17.18 m2/g(傳統(tǒng)的方法合成的鈣鈦礦材料表面積大多小于5 m2/g)。通過XRD、TEM對(duì)其晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征,得到很純的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。將HPN-LSC作為催化劑制備的空氣電極用于鋰空電池中,得到了非常優(yōu)異的電化學(xué)性能。在0.1 mA cm-2的電流密度限制500 mAh/g比容量下,電池能保持50圈的循環(huán)(無HPN-LSC的添加的電池僅僅只能保持13圈)。二是通過靜電紡絲法和水熱合成法結(jié)合的方法在碳納米纖維上生成了三維NiCo2O4多孔納米片陣列,納米片的厚度大約6-10 nm,納米片的孔大約在10-20 nm之間。這種三維NiCo2O4多孔納米片陣列與碳納米纖維復(fù)合結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì):一是三維陣列高比表面積,BET比表面積高達(dá)178.5 m2/g,有利于電解液與催化劑之間、氧氣與催化劑之間的接觸;二是分級(jí)介孔結(jié)構(gòu),存在5-10 nm以及20-40 nm的兩個(gè)孔徑分布,這些孔有利于氧氣和鋰離子的傳輸以及放電產(chǎn)物的存儲(chǔ);三是NiCo2O4納米片本身具有比較好的導(dǎo)電性以及其直接生長在碳納米纖維上有利于電子的傳輸。將三維NiCo2O4多孔納米片陣列復(fù)合碳納米纖維材料用于鋰空氣電池中,提高了鋰空氣電池的效率、倍率性能以及循環(huán)壽命。在500 Am/g的電流密度下,NiCo2O4/CNF/KB空氣電極電池的放電比容量仍然保持6127Amh/g;在電池限制500 Amh/g的比容量和250 mA/g條件下,NiCo2O4/CNF/KB空氣電極能夠保持100圈(KB:27圈;CNF/KB:42圈)。本文采用XPS、Raman初步探索了鋰空氣電池的反應(yīng)機(jī)理。通過XPS、Raman等表征手段成功檢測到放電產(chǎn)物為過氧化鋰,并且證明在充放電過程中過氧化鋰能夠可逆轉(zhuǎn)化。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ426;TM911.41

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