可充鋅空氣電池作為一種高能量密度的化學(xué)儲能裝置,具有安全、無污染、成本低等優(yōu)點(diǎn),在移動電子設(shè)備、電動汽車等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。本文以電解質(zhì)體系為切入點(diǎn),設(shè)計構(gòu)建新型可充熔鹽鋅空氣電池體系,采用SEM、EDS和XRD等方法對電極微觀形貌和組成進(jìn)行表征,采用循環(huán)伏安法、極化曲線測試、充電放電性能測試及倍率性能測試等方法對電池的電化學(xué)性能進(jìn)行評價,研究新型可充熔鹽鋅空氣電池體系的可行性。以43.5mol%Li_2CO_3-31.5mol%Na_2CO_3-25mol%K_2CO_3共融物為電解質(zhì),NaOH與ZnO作為添加劑,采用鎳基材料為空氣陰極,鐵基材料為陽極集流體,構(gòu)建新型熔鹽可充鋅空氣電池體系。在550℃下,以2.5 mA/cm~2恒電流充電,100Ω恒電阻放電至截止電壓0.8 V,電池在穩(wěn)定循環(huán)的110次循環(huán)中,平均充電電壓1.43 V,平均放電為1.04 V。XRD和SEM表征結(jié)果表明:鎳基空氣陰極表面在該熔鹽體系下原位形成均勻的催化OER/ORR的NiO納米顆粒;經(jīng)過對KOH添加劑體系進(jìn)行深入研究表明,添加劑對電池性能具有較大影響,添加KOH后能夠顯著降低電池充電電壓,電池放電電壓平臺也得到明顯改進(jìn),放電平均電壓提高到1.08 V,在放電倍率高達(dá)7.3時電池充放電庫倫效率仍可達(dá)91.2%。采用在鎳基空氣電極上負(fù)載錳氧化物電催化劑方法改進(jìn)空氣電極OER/ORR動力學(xué),研究表明,空氣陰極表面經(jīng)充放電循環(huán)原位生成粒徑為50~200 nm的鋰化氧化錳(Li_(1.059)Mn_(2.118)O_4)和氧化鎳(NiO)電催化劑,明顯改進(jìn)了空氣電極的OER/ORR性能,庫倫效率達(dá)89%,電池放電平均電壓達(dá)1.12 V,電壓效率為80%。
【學(xué)位單位】：東北石油大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TM911.41
【文章目錄】：
摘要
Abstract
創(chuàng)新點(diǎn)摘要
前言
第一章 文獻(xiàn)綜述
    1.1 鋅空氣電池
        1.1.1 鋅空氣電池的工作原理與結(jié)構(gòu)
        1.1.2 鋅空氣電池的優(yōu)勢和面臨的挑戰(zhàn)
    1.2 鋅空氣電池鋅陽極研究進(jìn)展
        1.2.1 鋅陽極材料
        1.2.2 鋅陽極添加劑
    1.3 鋅空氣電池電解質(zhì)研究進(jìn)展
        1.3.1 水溶液電解質(zhì)體系
        1.3.2 固體電解質(zhì)
        1.3.3 離子液體電解質(zhì)
    1.4 空氣電極及電催化劑研究進(jìn)展
        1.4.1 氣體擴(kuò)散電極
        1.4.2 空氣電極催化劑
    1.5 本論文選題背景及研究內(nèi)容
第二章 實驗部分
    2.1 實驗材料和儀器
        2.1.1 實驗材料
        2.1.2 實驗儀器
    2.2 催化劑的制備
    2.3 電極材料的表征
        2.3.1 X射線衍射分析(XRD)
        2.3.2 熱重差熱分析(TG)
        2.3.3 掃描電子顯微鏡分析(SEM)
        2.3.4 能譜分析(EDS)
    2.4 鋅空氣電池性能測試方法
        2.4.1 實驗裝置
        2.4.2 極化曲線的測定
        2.4.3 循環(huán)伏安測試
第三章 可充熔鹽鋅空氣電池體系的構(gòu)建
    3.1 電解質(zhì)電化學(xué)窗口的理論計算
    3.2 鋅陽極循環(huán)伏安分析
    3.3 鋅的電沉積
    3.4 空氣電極XRD表征
    3.5 空氣電極SEM表征
    3.6 電池性能
    3.7 本章小結(jié)
第四章 采用KOH對鋅空氣電池電解質(zhì)改進(jìn)研究
    4.1 電池電化學(xué)機(jī)理研究
        4.1.1 Zn的電沉積
        4.1.2 ZnO與熔融KOH反應(yīng)產(chǎn)物的XRD表征
        4.1.3 電解質(zhì)的TG/DTA分析
        4.1.4 鋅陽極循環(huán)伏安分析
        4.1.5 電池電化學(xué)機(jī)理
    4.2 空氣電極XRD表征
    4.3 空氣電極SEM表征
    4.4 電池性能研究
        4.4.1 充電極化性能
        4.4.2 充放電循環(huán)性能
        4.4.3 倍率性能
    4.5 本章小結(jié)
第五章 Ni-Mn氧化物電催化劑的制備、表征及性能研究
    5.1 Ni/Mn比例的確定
    5.2 催化劑的表征
        5.2.1 XRD表征
        5.2.2 SEM表征
    5.3 空氣電極催化劑循環(huán)伏安
    5.4 電化學(xué)性能
        5.4.1 充放電極化性能
        5.4.2 循環(huán)性能
    5.5 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
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致謝

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本文編號：2829005