本文選題：鋰空氣電池 + 環(huán)境空氣��； 參考：《天津理工大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：鋰空氣電池在現(xiàn)有儲(chǔ)能器件中具有最高的理論比能量,成為下一代儲(chǔ)能器件的研究重點(diǎn)。但是目前大部分的研究集中在純氧條件下,無(wú)法實(shí)際應(yīng)用。鋰空氣電池從純氧走向真實(shí)空氣,還面臨諸多問(wèn)題:1.正極:放電產(chǎn)物與空氣中的水蒸氣、二氧化碳等反應(yīng),生成氫氧化鋰、碳酸鋰等更難分解的副產(chǎn)物,極大降低了電池的充放電效率,并且損失了電池壽命;2.電解液:電解液面臨更為嚴(yán)重的揮發(fā)與分解等問(wèn)題;3.負(fù)極:空氣與金屬鋰負(fù)極反應(yīng),發(fā)生負(fù)極腐蝕、粉化等問(wèn)題,影響電池的壽命�；谝陨蠁�(wèn)題,針對(duì)真實(shí)空氣環(huán)境中鋰空氣電池正極催化劑的設(shè)計(jì)與制備,以此來(lái)降低電池充電電壓,并提高電池的循環(huán)性能。第一:系統(tǒng)研究了三種商業(yè)化碳材料(乙炔黑、科琴黑和碳納米管)作正極催化劑在環(huán)境空氣中的鋰空氣電池性能。當(dāng)容量限定500 mAh g-1充放電電流密度200 mA g-1時(shí),三種碳材料都能循環(huán)100圈,其中科琴黑在空氣中循環(huán)最穩(wěn)定。100圈循環(huán)結(jié)束后,掃描電鏡和紅外光譜表明電極表面存在碳酸鋰。對(duì)鋰片直接觀察發(fā)現(xiàn)負(fù)極金屬鋰片有一定程度的粉化,兩方面的共同作用導(dǎo)致了電池性能的衰減。第二:為進(jìn)一步提高電池的充放電效率和循環(huán)性能,我們?cè)O(shè)計(jì)了一種氧化亞錳微米片作正極催化劑并應(yīng)用于環(huán)境空氣中的鋰空氣電池。當(dāng)容量限定500 mAh g-1充放電電流密度200 m A g-1時(shí),電池能夠穩(wěn)定循環(huán)100圈。即使到第100圈時(shí),放電終止電壓還能維持在2.65 V左右,充電終止電壓為4.0 V。相比于單純科琴黑的放電終止電壓下降到2.36 V,充電終止電壓為4.44 V。氧化亞錳的加入有效減小了充電極化,提高了電池的循環(huán)穩(wěn)定性。掃描電鏡和X射線光電子能譜研究了氧化亞錳催化的鋰空氣電池不同放電深度的電極,以此探究在環(huán)境空氣中放電產(chǎn)物的生成過(guò)程和深度分布。發(fā)現(xiàn)放電產(chǎn)物表層的碳酸鋰來(lái)源于空氣中的二氧化碳,而電極表面附近的碳酸鋰則可能是二氧化碳的反應(yīng)以及碳材料的腐蝕造成的。本工作研究了廉價(jià)的碳材料和氧化亞錳作催化劑的鋰空氣電池在真實(shí)空氣環(huán)境中的應(yīng)用。對(duì)未來(lái)鋰空氣電池的的實(shí)際應(yīng)用及降低電池成本進(jìn)行了有益探索。
[Abstract]:Lithium air battery has the highest theoretical specific energy among the existing energy storage devices, so it has become the focus of the next generation energy storage devices. However, most of the current studies focus on pure oxygen conditions, and can not be applied in practice. Lithium air batteries from pure oxygen to real air, but also face a number of problems: 1. Positive electrode: the discharge product reacts with water vapor and carbon dioxide in the air to produce lithium hydroxide, lithium carbonate and other by-products that are more difficult to decompose, which greatly reduces the charge and discharge efficiency of the battery and loses the battery life. Electrolyte: electrolyte is faced with more serious problems such as volatilization and decomposition. Negative electrode: air reacts with metal lithium negative electrode, occurs negative electrode corrosion, powdering and so on, affecting battery life. Based on the above problems, the design and preparation of cathode catalyst for lithium-air battery in real air environment is proposed to reduce the charging voltage and improve the cycle performance of the battery. First, the performance of three commercial carbon materials (acetylene black, Cochan black and carbon nanotube) as cathode catalysts for lithium-air batteries in ambient air was studied. When the charge / discharge current density of 500mAg-1 is limited to 500mAg-1, the three kinds of carbon materials can cycle around 100mAg ~ (-1). After the cycle is most stable in air, scanning electron microscope (SEM) and infrared spectroscopy show that lithium carbonate exists on the electrode surface. The direct observation of the lithium plate shows that the cathode metal lithium sheet has a certain degree of pulverization, and the joint action of the two aspects leads to the attenuation of the battery performance. Second, in order to further improve the charge / discharge efficiency and cycle performance of the battery, we have designed a kind of manganese oxide microchip as cathode catalyst and applied it to the lithium-air battery in ambient air. When the capacity is limited to 500 mAh g ~ (-1), the current density is 200mAg ~ (-1). Even at the 100th cycle, the discharge termination voltage can be maintained at about 2.65 V and the charge termination voltage is 4.0 V. Compared with the pure Cochan black, the discharge termination voltage decreased to 2.36 V, and the charging termination voltage was 4.44 V. The addition of manganese oxide can effectively reduce the charge polarization and improve the cycle stability of the battery. Scanning electron microscopy (SEM) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) were used to investigate the formation process and depth distribution of discharge products in lithium air batteries catalyzed by manganese oxide at different discharge depths. It is found that the lithium carbonate in the surface layer of the discharge product originates from the carbon dioxide in the air, while the lithium carbonate near the electrode surface may be caused by the reaction of carbon dioxide and the corrosion of the carbon material. In this paper, the application of cheap carbon materials and manganese oxide as catalyst for lithium air batteries in real air environment has been studied. The practical application and cost reduction of lithium-air battery in the future are discussed.
【學(xué)位授予單位】：天津理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TQ426;TM911.41

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本文編號(hào)：1791296