燃料電池因?yàn)槠淠芰棵芏雀?能量轉(zhuǎn)化效率高,安全環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注。在最近的研究中,燃料電池如鋅空氣電池、氫氧燃料電池等的發(fā)展已取得了巨大的進(jìn)步,但仍無(wú)法大規(guī)模應(yīng)用。一些關(guān)鍵性問(wèn)題如電池功率密度低、價(jià)格高、壽命短亟待解決,高效穩(wěn)定的電極催化材料有待開(kāi)發(fā)。該類(lèi)電池的主要瓶頸是陰極氧氣還原反應(yīng)（ORR）緩慢,很大程度是由于陰極ORR的高過(guò)電勢(shì)和動(dòng)力學(xué)緩慢的多步驟過(guò)程。盡管鉑及其合金一直是作為有效的ORR電催化劑,但貴重鉑的價(jià)格過(guò)高且儲(chǔ)量稀少。此外,鉑類(lèi)金屬在使用過(guò)程中易出現(xiàn)貴金屬溶解和CO中毒的影響,使得其循環(huán)穩(wěn)定性差難以大規(guī)模使用。這也使發(fā)展高效、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)的無(wú)貴金屬ORR催化劑變得非常重要。因此,本論文以調(diào)控Fe-Nx活性位點(diǎn)局部電子結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)新型的無(wú)貴金屬ORR電催化劑為核心,制備得到高比表面積的二維納米片、超多孔納米微球等材料。并系統(tǒng)研究了其形貌特征與電化學(xué)性能,將得到的催化材料應(yīng)用于液態(tài)及全固態(tài)柔性鋅空氣電池和氫氧燃料電池中。具體研究?jī)?nèi)容如下:1.在氧化石墨烯表面進(jìn)行鐵離子氧化原位聚合吡咯,通過(guò)KOH活化,制備得到鐵氮共摻雜碳包覆四氧化三鐵納米粒子的碳納米片材料。通過(guò)被包覆的... 

【文章來(lái)源】：南昌大學(xué)江西省 211工程院校

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圖１．２不同能源儲(chǔ)存器件的比能量－比功率Ｒａｇｏｎｅ圖

?第１章緒論???質(zhì)子交換膜燃料電池的基本結(jié)構(gòu)主要由質(zhì)子交換膜、催化劑層、擴(kuò)散層、??集流板成，其結(jié)構(gòu)如下圖１．３所示。［１５１質(zhì)子交換膜（ＰＥＭ）是質(zhì)子交換膜燃料電??池的重要組成部分，其微觀結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。通常將可傳導(dǎo)質(zhì)子的全氟磺酸型固??體聚合物作為固態(tài)電解質(zhì)，該聚合物膜為酸性膜，不傳遞電子。同時(shí)又作為隔??膜將氧化劑與燃料分隔開(kāi)，尤其在氫氧燃料電池中，防止短路或產(chǎn)生較大滲氫??電流。??Ｍｅｍｂｒａｎｅ?ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ?ａｓｓｅｍｂｌｙ??ＰＥＭ??Ａｎｏｄｅ?ｃａｔａｌｙｓｔ?Ｃａｔｈｏｄｅ?ｃａｔａｌｙｓｔ??Ｈ２?—?２Ｈ＋?＋?２ｅ＿?——ｆ」柃０２?十?２ｅ＿?＋?２Ｈ—?—?Ｈ２〇??ｒＳ￣ｆ１；ｉ?ｉ??Ｃ＝?；／?］?ＣＺＺ］??Ｇａｓ?ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ?［：?＇?＾?］?丨］－－ｉ??ｌａｙｅｒｓ???＾?％?ＺＪ?ｒ￣Ｈ??－＜；－Ｔ；ｌｌｉ｜?１?ｇｌＧＣＺ：??Ｋ＾ｆｌｏｗ’?ＣＨ?＂ｆｉ?Ａｉｒ?ｆｌｏｗ??１?＝?＾??ａ－＿ｒ?Ｈ?丨丨自＾—ｔ?ｆｌｏｗ??Ａ／ｔｈ?ｕｎｉｔ?ｃｅｌ！??圖１．３質(zhì)子交換膜燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖。ｌ｜５ｌ??Ｆｉｇｕｒｅ?１．３?Ｔｈｅ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ?ｏｌ＇ＰＥＭＦＣ．＂．”??電催化劑是質(zhì)子交換膜燃料電池中的關(guān)鍵性技術(shù)，為了加快電化學(xué)反應(yīng)速??度，氣體擴(kuò)散電極上都含有一定量的催化劑。ＰＥＭＦＣ電催化劑按作川部位可分??為陽(yáng)極催化劑和陰極催化劑兩類(lèi)。ＰＥＭＦＣ的陽(yáng)極反應(yīng)為燃料的氧化反應(yīng)，陰極??為氧的還原反應(yīng)。因〇２的電催化還原涉及多電子多步驟反應(yīng)過(guò)程，比燃料催化??氣化更為

?第１章緒論???出反應(yīng)（ＯＥＲ）。隔膜材料需要具備防止鋅離子從電解液跑到正極，發(fā)生短路反??應(yīng)。??１?＿�！唬ⅰ辏�??Ｓ?瞧?ｆｅｌｌ：。，５??圖１．４水性可充電鋅空氣的示意圖電池。??Ｆｉｇｕｒｅ?］?．４?Ａ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ａｎ?ａｑｕｅｏｕｓ?ｒｅｃｈａｒｇｅａｂｌｅ?Ｚｎ－ａｉｒ?ｂａｔｔｅｒｙ．１１８１??金屬空氣電池工作原理上屬于燃料電池范疇，它的正極原料來(lái)自空氣中的??氧氣，負(fù)極材料為一些稍活潑金屬。此類(lèi)電池具有相當(dāng)高的能量密度，無(wú)污染??等特點(diǎn)。對(duì)于可充放電金屬空氣電池來(lái)說(shuō)，鋰金屬具有最高的理論能量密度，??但鋰金屬在空氣和水系電解質(zhì)中非常不穩(wěn)定，通常需要用到有機(jī)電解質(zhì)，組裝??工藝要求高；鋁和鎂空氣電池在水系電池中易發(fā)生副反應(yīng)降低電池的庫(kù)倫效??率，并且這兩種電池只能用作一次電池？，鋅和鐵的化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定，其中鋅??空氣電池具有更高的能量密度和電池電壓，因而受到了更廣泛的關(guān)注。鋅空氣??電池放電時(shí)發(fā)生如下反應(yīng)：??負(fù)極反應(yīng)：Ｚｎ＋４０Ｈ＇２ｅ＿—Ｚｎ（ＯＨ）４２－?（１－４）??Ｚｎ（ＯＨ）４２－—Ｚｎ０＋Ｈ２〇＋２０Ｈ＿?（１－５）??正極反應(yīng)：〇２＋４ｅ＿＋２Ｈ２０—４０Ｈ—?（１－６）??總電池反應(yīng)：２Ｚｎ＋〇２—２ＺｎＯ?（１－７）??副反應(yīng)？？?Ｚｎ＋２Ｈ２０—Ｚｎ（ＯＨ）２＋Ｈ２?（１－８）??鋅空氣電池在商業(yè)化過(guò)程中依然而臨著很多困難和挑戰(zhàn)。在放電過(guò)程中，??負(fù)極鋅產(chǎn)生較多的鋅酸鹽，并溶解在堿性電解質(zhì)中。充電后，鋅酸鹽不會(huì)全部??回到負(fù)極表面，導(dǎo)致電極形狀改變產(chǎn)生枝晶，這會(huì)逐漸降低電池的循環(huán)性能，??嚴(yán)屯吋造成電


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