鋰-氧氣電池由于其超高的理論能量密度而受到廣泛關(guān)注,但由于其存在的實(shí)際能量密度低、往返效率差、過電勢(shì)高以及不太理想的循環(huán)壽命等問題限制了鋰-氧氣電池的商業(yè)化應(yīng)用。這些問題主要與正極材料的氧還原反應(yīng)（ORR）和氧析出反應(yīng)（OER）動(dòng)力學(xué)有關(guān),同時(shí)放電產(chǎn)物L(fēng)i₂O₂的寬帶隙（4-5 eV）迫使其需要在高電位下才能分解,導(dǎo)致發(fā)生不期望的寄生反應(yīng),從而降低了電池的循環(huán)穩(wěn)定性和能量效率。高效的催化劑對(duì)于改善ORR和OER動(dòng)力學(xué)具有顯著效果,適宜框架結(jié)構(gòu)的正極材料可以容納更多的放電產(chǎn)物,也是提升電池性能的有效途徑。目前針對(duì)上述問題的研究主要集中在開發(fā)合理結(jié)構(gòu)的正極材料和高效活性的催化劑。本工作以泡沫鎳（Ni）為基底,通過水熱法在其骨架上合成了一系列鋰-氧氣電池金屬硫化物自支撐正極;以碳布（CC）為基底,利用磁控濺射對(duì)碳布進(jìn)行氮摻雜,并通過水熱合成法和高溫退火處理制備氮摻雜碳布復(fù)合磷化物自支撐正極。采用X射線衍射（XRD）、X射線光電子能譜分析（XPS）、掃描電子顯微鏡（SEM）和透射電子顯微鏡（TEM）對(duì)電極的物相和微觀形貌進(jìn)行了表征,采用循環(huán)伏安法、恒... 

【文章來源】：成都理工大學(xué)四川省

【文章頁數(shù)】：119 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

各種可充電電池的比能量密度[LuJ,2014]

學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的新型儲(chǔ)能裝置（Yi L C,2016）。其結(jié)構(gòu)、正極多孔材料、催化劑以及電解液（Wen Z Y,2105; Hua解質(zhì)的不同可以將鋰-氧氣電池分為四類（Ma Z,2015圖 1-2 描述了四種不同電解質(zhì)的鋰-氧氣電池：（a）有機(jī)b）水系電解質(zhì)鋰-氧氣電池、（c）全固態(tài)電解質(zhì)鋰-氧氣鋰-氧氣電池。有機(jī)體系鋰-氧氣電池具有獨(dú)特的開放式結(jié)的封閉式結(jié)構(gòu)，鋰-氧氣電池正極多孔結(jié)構(gòu)與外界接觸，中的傳輸；水系鋰-氧氣電池的電解液溶劑為水，而金屬氫氣，導(dǎo)致電池存在嚴(yán)重的安全隱患，因此在鋰負(fù)極和電阻水滲透又能傳導(dǎo)鋰離子的隔膜；全固態(tài)鋰-氧氣電池其類似，區(qū)別在于正極是否開孔，而且在充放電過程中由于應(yīng)，因此目前對(duì)于全固態(tài)體系的研究還不是很多；混合以避免水與金屬鋰反應(yīng)，但是其制造過程較為復(fù)雜，因此在有機(jī)電解質(zhì)鋰-氧氣電池。

1.2.1.2 鋰-氧氣電池的工作原理研究表明，鋰-氧氣電池在放電/充電過程中伴隨 Li2O2的可逆生成與分解即：2Li + O2 Li2O2。放電過程中，負(fù)極金屬鋰失去電子變成 Li+，正極活性質(zhì)氧氣被還原成 O2-并與 Li+結(jié)合生成 LiO2中間體，然后 LiO2通過電化學(xué)還原生成 Li2O2或者歧化反應(yīng)生成 Li2O2。由于 Li2O2絕緣不溶于電解液的特性，使Li2O2在放電過程中不斷沉積在正極表面，稱為氧還原反應(yīng)（ORR）（Lu, J;2016）充電過程為氧析出反應(yīng)（OER），在此過程中 Li2O2發(fā)生分解，釋放出 Li+和 O2Li2O2的生長(zhǎng)路徑與兩種經(jīng)典的生長(zhǎng)模型如圖 1-3 所示：表面模型和溶液模型。根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道（Lyu Z Y, 2017; Lu J,2014; LuntzAC,2014; Safari M,2014），當(dāng) LiO中間體吸附在陰極材料表面，被進(jìn)一步還原成 Li2O2時(shí)，在陰極表面形成薄膜的 Li2O2，稱之為表面生長(zhǎng)模型；如果 LiO2溶于電解液中，自身發(fā)生歧化反應(yīng)在溶液中成核生長(zhǎng)，形成顆粒狀的 Li2O2，稱之為溶液生長(zhǎng)模型。不同生長(zhǎng)模型會(huì)形成不同形貌和結(jié)構(gòu)的 Li2O2，進(jìn)而導(dǎo)致不同的電池性能。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]全固態(tài)Li-O2（air）電池研究進(jìn)展[J]. 盧佳垚,厲英,孔亞州.  化工新型材料. 2017(09)
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[4]高性能鋰-空氣電池材料的研究[J]. 黃征,池波,蒲健,李箭.  化學(xué)進(jìn)展. 2013(Z1)
[5]能源與人類文明[J]. 譚國武,邱建忠.  現(xiàn)代物理知識(shí). 2007(02)
[6]鋰離子電池負(fù)極材料的研究進(jìn)展[J]. 顏劍,蘇玉長(zhǎng),蘇繼桃,盧普濤.  電池工業(yè). 2006(04)



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