鋅空氣電池有著高的理論能量密度、綠色環(huán)保以及安全可靠等優(yōu)勢,應(yīng)用前景廣闊。然而現(xiàn)在廣泛使用的貴金屬催化劑價格昂貴并且穩(wěn)定性能差,限制了鋅空氣電池的商業(yè)化應(yīng)用。碳納米材料有著大的比表面積、高的導(dǎo)電性、價格便宜等優(yōu)點,通過氮元素摻雜可以提高催化性能,引入過渡金屬使其具有優(yōu)秀的雙功能催化性能。本文通過簡單的高溫?zé)峤膺^程制備了碳基非貴金屬催化劑,并對其催化性能進行了研究。首先以聚酰亞胺隔膜作為碳源和氮源,四水乙酸鈷為鈷源,經(jīng)簡單的高溫?zé)峤庵苽涑鲡挼矒诫s的碳納米材料（Co/N/C）催化劑。表征結(jié)果顯示,Co/N/C材料中鈷元素分布在多孔碳納米材料的內(nèi)部及表面,碳材料表現(xiàn)出大量的介孔結(jié)構(gòu),有著較大的比表面積;并且摻入的氮元素主要是以吡啶氮形式存在。Co/N/C材料在堿性溶液中展現(xiàn)出良好的氧還原/氧析出雙功能催化活性。將其應(yīng)用于鋅空氣電池空氣電極,Co/N/C材料表現(xiàn)出優(yōu)秀的雙功能催化性能以及良好的循環(huán)穩(wěn)定性。引入升華硫粉作為硫源,以聚酰亞胺隔膜作為碳源和氮源,四水乙酸鈷為鈷源,經(jīng)過高溫?zé)峤庵苽涑鲡捔虻矒诫s的碳納米材料（Co-S/N/C）催化劑。表征結(jié)果顯示,Co-S/N/C中鈷的硫化物顆粒分布... 

【文章來源】：華中科技大學(xué)湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：73 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

水系鋅空氣電池結(jié)構(gòu)示意圖和空氣電極三相反應(yīng)區(qū)[22]

圖 1.2 鋅空氣電池充放電循環(huán)時的兩電極和三電極結(jié)構(gòu)[48]Figure 1.2 Structure of two and three electrodes for charge-discharge cycle of zinc-aibatteries[48]2）鋅電極電極側(cè)主要發(fā)生金屬鋅的氧化溶解于鋅酸鹽的還原沉積過程，常用的鋅片和鋅粉，鋅金屬的顆粒表面積越大，其電化學(xué)性能越好。但鋅金屬的大，會加快鋅電極與電解液中水的副反應(yīng)，加劇金屬鋅的損耗，影響電壽命，往往通過遮擋析氫反應(yīng)（HER）的活性位點來提高 HER 的過電勢鋅電極的析氫腐蝕。充放電過程中鋅金屬的溶解和沉積速度不一，容易表面產(chǎn)生枝晶生長甚至產(chǎn)生電極變形，嚴重影響鋅空氣電池壽命。通過結(jié)構(gòu)，或者加入一些金屬添加劑，提高鋅電極導(dǎo)電性能，使金屬鋅各處

圖 1.3 Co3O4-碳納米纖維的 SEM、TEM 圖和鋅空氣電池充放電性能和循環(huán)穩(wěn)定性[60]Figure 1.3 SEM, TEM diagrams of Co3O4-carbon nanofibers and charge-discharge performanceand cycle stability of zinc-air batteries[60]（2）碳基材料雙功能催化劑碳材料有著導(dǎo)電性好、孔隙率高、比表面積大、成本低廉、資源豐富等優(yōu)點，是用作空氣電極催化劑基底的熱門選擇�？偠嗟奶疾牧现�，碳納米管、石墨烯和碳納米纖維這些石墨化程度較高的碳材料，因其具有高的抗氧化腐蝕性能，成為了研究雙功能催化劑的重點。但是單獨使用這些碳材料催化活性較低，無法滿足催化劑性能要求，需要異質(zhì)元素摻雜的方式來提高材料的 ORR 和 OER 催化性能[76]。氮、硫等非金屬元素摻雜的碳材料與過渡金屬和氮元素共摻雜的碳材料（M/N/C）是雙功能催化性能較好的兩類碳基催化劑材料[61-63]�！�1非金屬元素摻雜的碳基催化劑材料

【參考文獻】：
期刊論文
[1]Hollow Nanocages of NixCo1-xSe for Efficient Zinc–Air Batteries and Overall Water Splitting[J]. Zhengxin Qian,Yinghuan Chen,Zhenghua Tang,Zhen Liu,Xiufang Wang,Yong Tian,Wei Gao.  Nano-Micro Letters. 2019(02)
[2]Bimetallic Nickel Cobalt Sulfide as E cient Electrocatalyst for Zn–Air Battery and Water Splitting[J]. Jingyan Zhang,Xiaowan Bai,Tongtong Wang,Wen Xiao,Pinxian Xi,Jinlan Wang,Daqiang Gao,John Wang.  Nano-Micro Letters. 2019(01)
[3]鋅-空氣電池電解液Zn2+濃度對析氫過程的影響[J]. 馬洪運,范永生,王保國.  化工學(xué)報. 2014(07)



本文編號：3432128