本文關鍵詞：鋰離子—鋰空氣混合電池的設計與制備

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【摘要】：在當今社會,人類正在消耗大量的化石燃料,用看似低廉的成本卻付出了生態(tài)環(huán)境嚴重污染的巨大代價。追求綠色、清潔、低碳的可再生能源變得尤為緊迫,特別對于大規(guī)模應用已是蓄勢待發(fā)。因此,開發(fā)具有高能量密度和高循環(huán)效率的儲能系統(tǒng)具有重要意義,它能夠存儲和轉換能量,比如電動汽車。鋰離子電池是電化學儲能的代表和成功典范,它已經(jīng)被廣泛應用在各種小型設備上,像手機、筆記本電腦,也許將來它能輕松驅動汽車。然而,鋰離子電池的正極材料一般是基于嵌入脫出反應,即在材料的晶格結構不變的前提下鋰離子在其中嵌入脫出。這樣從本質上限制了鋰離子電池的能量密度。相比而言,鋰空氣電池以轉化反應為基礎,潛藏著巨大的能量,有機系鋰空氣電池的能量密度達到3460 Wh kg-1。本論文以傳統(tǒng)鈷酸鋰做正極,首次在純氧氣環(huán)境下充放電,得到鋰離子/鋰空氣混合電池,它呈現(xiàn)兩個放電平臺,分別在3.8 V和2.6 V,由于增加的鋰空氣電池的放電容量,該電池的能量密度比鈷酸鋰鋰離子電池增加了一倍。但是電解液TEGDME的分解使電池容量衰減很快。離子液體的電化學窗口寬,具有許多優(yōu)異性能。因此我們選用1-乙基-3甲基咪唑雙三氟甲磺酰(EMITFSI)作為電解液。雖然鋰離子電池部分能穩(wěn)定放電,鋰空氣電池放電衰減很快。對比XPS的結果,我們推測是由于放電產(chǎn)物過氧化鋰的不完全分解造成的。為了解決離子液體中鋰空氣電池放電產(chǎn)物不完全分解的問題,我們采用了新的放電模式,即兩個深度放電(截止電壓為2 V)之間夾兩個淺放電(截止電壓為3 V)。使用這種放電模式是因為鈷酸鋰的脫嵌鋰電壓在3.8~4.2 V,有助于分解過氧化鋰和其它副產(chǎn)物。用這種方式,混合電池穩(wěn)定循環(huán)了28圈,相比于連續(xù)深放電循環(huán)性能顯著提高。最后我采用靜電紡絲法合成RuO2/Fe2O3納米纖維。通過XRD和SEM分析,我們認為熱處理溫度為500oC,時間1 h是最佳的條件。充放電曲線證明RuO2/Fe2O3納米纖維能催化鋰空氣電池的ORR和OER反應。首圈放電電壓比純super P提高500mV,充電電壓降到4 V以下;當限定比容量為1000 mAh g-1,電池穩(wěn)定循環(huán)了20圈。
【關鍵詞】：鋰空氣電池 混合電池 鈷酸鋰 電解液 靜電紡絲法 RuO2/Fe2 O3納米纖維
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM912
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-30
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 鋰空氣電池分類11-18
• 1.3 有機電解液型鋰空氣電池相關研究18-25
• 1.4 鋰空氣電池的優(yōu)勢及所遇到的挑戰(zhàn)25-27
• 1.5 本論文的研究目的、方法及研究內容27-30
• 第2章 實驗方法與儀器30-35
• 2.1 實驗試劑及實驗設備30-31
• 2.2 材料的分析與表征31-32
• 2.3 電極的制備與電池的組裝32-34
• 2.4 材料的電化學性能測試34-35
• 第3章 鋰離子/鋰空氣混合電池的設計與優(yōu)化35-52
• 3.1 引言35-37
• 3.2 鋰離子/鋰空氣混合電池的制備37-39
• 3.3 不同LiCoO_2含量對鋰離子/鋰空氣混合電池的影響39-41
• 3.4 鋰離子/鋰空氣混合電池在TEGDME電解液中的性能研究41-45
• 3.5 鋰離子/鋰空氣混合電池在EMITFSI電解液中的性能優(yōu)化45-50
• 3.6 本章小結50-52
• 第4章 RuO_2/Fe_2O_3催化劑材料的制備及其電化學性能52-59
• 4.1 引言52-53
• 4.2 材料合成與電化學測試方法53-55
• 4.3 材料的表征55-58
• 4.4 本章小結58-59
• 第5章 結論與展望59-62
• 5.1 本論文的主要結論59-60
• 5.2 本論文的創(chuàng)新之處60
• 5.3 展望60-62
• 致謝62-63
• 參考文獻63-70
• 附錄 攻讀學位期間所發(fā)表的論文70

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本文編號：549496