本文關(guān)鍵詞：二氧化錳基催化劑在可充鋰空氣電池中應(yīng)用研究

  更多相關(guān)文章： 錳氧化物 鋰空氣電池 鋰化 過渡金屬氧化物復(fù)合 尺寸效應(yīng)

【摘要】：可充鋰空氣電池因具有高能量密度(3458 Wh kg-1,以放電產(chǎn)物計(jì)算)、綠色環(huán)保等性能備受關(guān)注。但是目前可充鋰空氣電池的推廣和運(yùn)用仍然受到充放電極化大、能量效率低、循環(huán)差、副反應(yīng)等諸多限制。開發(fā)高活性,低成本的正極催化劑是解決可充鋰空氣電池實(shí)際運(yùn)用問題的關(guān)鍵。Mn02基催化劑做為一類非貴金屬基催化劑,因?yàn)槠洵h(huán)境友好,成本低廉和儲量豐富的特點(diǎn)成為最具有應(yīng)用前景的催化劑之一。但是二氧化錳本身電催化活性較低。因此本文運(yùn)用了電化學(xué)原位鋰化和與氧化物復(fù)合的改性方法,簡單、新穎和高效的提高了其在鋰空氣電池中的催化性能。主要內(nèi)容如下：1. 提出把廢棄鋰錳電池中的活性物質(zhì)鋰化后的二氧化錳正極,在通入空氣后再利用于可充鋰空氣電池中。首次提出可充金屬空氣電池正極催化劑的電化學(xué)鋰化制備方法,運(yùn)用電化學(xué)原位鋰化的方法得到了不同鋰化態(tài)的MnO2。而且研究了鋰化Mn02電極的鋰空氣正極催化活性與鋰化程度的關(guān)系,其中在鋰化程度達(dá)到計(jì)量比為Li0.50MnO2時體現(xiàn)出最佳的鋰空氣電池催化性能,充放電容量高達(dá)10823mAh gcarbon-1,保持循環(huán)周期在190圈以上。2.正極催化劑的微觀形貌和結(jié)構(gòu)都對鋰空氣電池的電學(xué)性能有著重要的影響。本文在空氣電極集流體(泡沫鎳基材)上原位生長四氧化三鈷陣列后,通過水熱法制備出與之復(fù)合的二氧化錳納米片。這種方法得到的復(fù)合的氧化物不僅體現(xiàn)出了優(yōu)異的氧還原(ORR)和氧析出(OER)性能并降低充放電極化到0.72 V,而且多孔結(jié)構(gòu)的催化劑提供了大量的活性位點(diǎn)并對放電產(chǎn)物的生長有一定的限域作用,這些都對可充鋰空氣電池的性能有著大的提升。還針對放電產(chǎn)物過氧化鋰的尺寸效應(yīng)進(jìn)行了詳細(xì)研究,結(jié)果表明充電過電位會隨著過氧化鋰尺寸的減小而逐漸降低。
【關(guān)鍵詞】：錳氧化物 鋰空氣電池 鋰化 過渡金屬氧化物復(fù)合 尺寸效應(yīng)
【學(xué)位授予單位】：南開大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM911.41;O643.36
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-31
• 第一節(jié) 引言11
• 第二節(jié) 鋰空氣電池簡介11-15
• 1.2.1 鋰空氣電池工作原理11-13
• 1.2.2 鋰空氣電池存在的問題13-15
• 第三節(jié) 鋰空氣電池的研究現(xiàn)狀和進(jìn)展15-26
• 1.3.1 鋰空氣電池負(fù)極15
• 1.3.2 鋰空氣電池電解質(zhì)15-19
• 1.3.3 鋰空氣電池正極催化劑19-26
• 第四節(jié) 二氧化錳催化劑的研究現(xiàn)狀26-29
• 1.4.1 二氧化錳形貌改性27-28
• 1.4.2 二氧化錳復(fù)合改性28-29
• 1.4.3 二氧化錳摻雜改性29
• 第五節(jié) 論文選題依據(jù)和主要研究內(nèi)容29-31
• 第二章 材料制備、表征和電化學(xué)測試31-34
• 第一節(jié) 實(shí)驗(yàn)藥品31-32
• 第二節(jié) 實(shí)驗(yàn)儀器32
• 第三節(jié) 電化學(xué)測試32-34
• 2.3.1 電極制備和電池組裝32-33
• 2.3.2 電化學(xué)測試33-34
• 第三章 鋰化MnO_2催化劑的鋰空氣電池性能研究34-49
• 第一節(jié) 引言34
• 第二節(jié) 實(shí)驗(yàn)部分34-36
• 3.2.1 鋰化β-MnO_2的合成34-35
• 3.2.2 材料表征35-36
• 3.2.3 鋰化β-MnO2的電化學(xué)測試36
• 第三節(jié) 結(jié)果與討論36-47
• 3.3.1 鋰化β-MnO_2的結(jié)構(gòu)物相與材料表征36-40
• 3.3.2 鋰化β-MnO_2的電化學(xué)測試40-46
• 3.3.3 鋰錳電池與鋰空氣電池的結(jié)合46-47
• 第四節(jié) 本章結(jié)論47-49
• 第四章 MnO_2/Co_3O_4催化劑鋰空氣電池性能研究49-61
• 第一節(jié) 前言49
• 第二節(jié) 實(shí)驗(yàn)部分49-51
• 4.2.1 MnO_2/Co_3O_4催化劑的制備49-51
• 4.2.2 材料的表征51
• 4.2.3 MnO_2/Co_3O_4催化劑的電化學(xué)測試51
• 第三節(jié) 結(jié)果與討論51-59
• 4.3.1 MnO_2/Co_3O_4催化劑的物相表征52-55
• 4.3.2 電化學(xué)測試55-57
• 4.3.3 鋰空氣電池放電產(chǎn)物尺寸效應(yīng)的探究57-59
• 第四節(jié) 本章結(jié)論59-61
• 第五章 結(jié)論與展望61-62
• 參考文獻(xiàn)62-69
• 致謝69-70
• 個人簡歷、在學(xué)期間發(fā)表論文70-71

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