本文關鍵詞：有機體系鋰—空氣電池性能優(yōu)化的研究

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【摘要】：有機體系鋰-空氣電池的理論能量密度高達11680 W·h/kg,其儲能能力遠高于其他電池體系。但目前的鋰-空氣電池中還存在很多問題亟待解決,比如電池的穩(wěn)定性和可逆性都有待提高,其過電位較高并且循環(huán)性能較差。通過對電池本身和測試條件的控制和改進可以優(yōu)化其循環(huán)性能。本文以簡單的反相共沉淀方法合成的新型催化劑LaNiO_3納米顆粒表現出了高效的催化活性.在以泡沫鎳作為空氣電極集流體的研究中,所制備的鋰-空氣電池的放電容量可以達到1109mAh/g,放電平臺為2.59V。比較了兩種碳材料(Super P和石墨烯微片)作為載體的空氣電極對電池性能的影響,發(fā)現多孔性的電極結構更有利于電池性能的提高。此外,還分析了控制電解液(1mol/L LiTFSI/TEGDME)中水含量的必要性。實驗結果表明,經過上述三方面優(yōu)化的鋰-空氣電池具有穩(wěn)定的循環(huán)性能,循環(huán)第五圈的容量保持率為96.21%,且不出現電壓平臺的明顯變化。接下來又考察了集流體對性能的影響,發(fā)現使用碳纖維紙制備空氣電極能使電池性能大幅提升。以上研究明確了有機體系鋰-空氣電池的最佳組裝和測試條件,在此基礎上又著重研究了新型催化劑LaNiO_3對電池性能的改善。最終,所組裝的鋰-空氣電池表現出低的充放電電壓差(878mV),優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性(循環(huán)圈數155)以及穩(wěn)定的放電平臺(始終高于2.51V),而使用的催化劑只占空氣電極總載量的18 wt%。LaNiO_3催化劑表現出的優(yōu)異催化性能被歸因于LaNiO_3材料本身的高催化活性、催化劑材料所具有的介孔結構及其高分散性。
【關鍵詞】：鋰-空氣電池 催化劑 循環(huán)性能 空氣電極 LaNiO_3
【學位授予單位】：天津大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM911.41;O643.36
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 緒論8-30
• 1.1 引言8-10
• 1.2 鋰-空氣電池的分類及工作原理10-12
• 1.2.1 不同電解質體系的鋰-空氣電池10
• 1.2.2 不同體系鋰-空氣電池工作原理10-12
• 1.3 有機體系二次鋰-空氣電池12-27
• 1.3.1 有機體系電解液13-20
• 1.3.2 有機體系鋰-空氣電池中空氣電極的電極材料20-23
• 1.3.3 有機體系二次鋰-空氣電池的催化劑23-27
• 1.4 本文研究的思路及主要工作27-30
• 1.4.1 本文的研究思路27-29
• 1.4.2 本文的主要工作29-30
• 第二章 實驗儀器和表征方法30-35
• 2.1 實驗涉及的主要儀器和試劑30-31
• 2.1.1 主要試劑30-31
• 2.1.2 主要儀器31
• 2.2 材料測試與表征31-33
• 2.2.1 氮氣吸脫附測試31-32
• 2.2.2 掃描電子顯微鏡測試(Scanning Electron Microscopy, SEM)32
• 2.2.3 透射電子顯微鏡(Transmission Electron Microscope, TEM)32
• 2.2.4 X射線衍射(X-Ray Diffraction, XRD)32-33
• 2.3 電化學性能測試與表征33-35
• 2.3.1 循環(huán)伏安測試（Cyclic Voltammetry, CV）33
• 2.3.2 電池充放電測試（DC）33
• 2.3.3 電化學阻抗測試（AC impedance）33-35
• 第三章 鋰-空氣電池組裝、測試及性能的優(yōu)化35-44
• 3.1 引言35
• 3.2 實驗部分35-36
• 3.2.1 空氣電極的制備35-36
• 3.2.2 電解液36
• 3.2.3 鋰-空氣電池的組裝36
• 3.2.4 鋰-空氣電池性能測試36
• 3.3 結果與討論36-43
• 3.3.1 以泡沫鎳為集流體的優(yōu)化后的鋰-空氣電池性能37-39
• 3.3.2 碳材料對鋰-空氣電池性能的影響39
• 3.3.3 電解液水含量對鋰-空氣電池性能的影響39-41
• 3.3.4 集流體對鋰-空氣電池性能的影響41-43
• 3.4 本章小結43-44
• 第四章 LaNiO_3的催化性能44-60
• 4.1 引言44-45
• 4.2 實驗部分45-46
• 4.2.1 中孔LaNiO_3納米顆粒的合成45
• 4.2.2 材料表征45
• 4.2.3 空氣電極制備45
• 4.2.4 電化學測試45-46
• 4.2.5 電極表征46
• 4.3 結果與討論46-58
• 4.4 本章小結58-60
• 第五章 結論60-61
• 參考文獻61-69
• 發(fā)表論文和參加科研情況說明69-70
• 致謝70-71

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本文編號：627384