本文關(guān)鍵詞：納米β-FeOOH碳復(fù)合材料的鋰空氣電池正極性能研究

  更多相關(guān)文章： 鋰空氣電池 過渡金屬(氫)氧化物 β-FeOOH 石墨烯 CMK

【摘要】：隨著科技的發(fā)展,人們對移動(dòng)電源提出了更高的要求,尤其是對提高電池容量上的需求最為迫切。鋰空氣電池由于其具有接近于汽油的比能量,以及高于汽油的實(shí)際容量,使得鋰空氣電池得到了人們極大的關(guān)注。目前,鋰空氣電池中性能較好的催化劑大多為貴金屬,成本昂貴,所以尋找到一種廉價(jià)的,同時(shí)又能夠降低鋰空氣電池充放電過電位,提高其循環(huán)性能的空氣電極催化劑材料,可以極大地促進(jìn)鋰空氣電池的發(fā)展,其中過渡金屬(氫)氧化物具有極大的潛力。本文針對尋找一種過渡金屬(氫)氧化物作為鋰空氣電池催化劑材料,合成得到了具有梭狀外貌的β-Fe OOH納米棒,并將其分別與石墨烯和有序介孔碳(CMK)進(jìn)行復(fù)合,提高其導(dǎo)電性、比表面積和孔隙率,同時(shí),分別對β-Fe OOH納米棒和其碳復(fù)合材料在鋰空氣電池中的性能進(jìn)行了研究。本課題研究了通過一步水熱法制備得到β-Fe OOH納米棒的條件,并通過分析水熱溫度、反應(yīng)液濃度、水熱時(shí)間、溶劑成分等因素對合成產(chǎn)物的影響,并最終對合成條件進(jìn)行優(yōu)化,在80℃下進(jìn)行水熱反應(yīng),反應(yīng)時(shí)間為4h,反應(yīng)液中Fe Cl3濃度為0.1 M的條件下,成功制備了高純度、顆粒長度~500nm,顆粒直徑~100nm的β-Fe OOH納米棒,并在此基礎(chǔ)上,制備了β-Fe OOH/r GO和β-Fe OOH/CMK兩種復(fù)合材料。本課題將β-Fe OOH納米棒以及β-Fe OOH/r GO和β-Fe OOH/CMK兩種碳復(fù)合材料作為催化劑,通過與導(dǎo)電添加劑Super P混合,制備了鋰空氣電池氣體擴(kuò)散電極。充放電循環(huán)測試表明,β-Fe OOH納米棒在鋰空氣電池中具有良好的催化活性,在電極中活性物質(zhì)與Super P比例為6:2時(shí),比容量達(dá)到了4918m Ah g(carbon)-1,同時(shí)在電流密度為200m A g(carbon)-1,限制比容量為600 m Ah g(carbon)-1時(shí),進(jìn)行了70余次循環(huán),但在電流密度達(dá)到500m A g(carbon)-1時(shí),循環(huán)次數(shù)急劇減少;采用β-Fe OOH/r GO作為催化劑時(shí),由于材料的比表面積和導(dǎo)電性的極大提高,其比容量達(dá)到了6000 m Ah g(carbon)-1,在電流密度為500m A g(carbon)-1,限制比容量為600 m Ah g(carbon)-1時(shí),進(jìn)行了60次循環(huán);β-Fe OOH/CMK材料由于CMK極好的導(dǎo)電性和豐富的孔隙率,使其比容量得到了極大的提升,達(dá)到了作為9000 m Ah g(carbon)-1,同時(shí)還具有穩(wěn)定的循環(huán)性能,在電流密度為500m A g(carbon)-1,限制比容量為600 m Ah g(carbon)-1時(shí),進(jìn)行了90次循環(huán)。
【關(guān)鍵詞】：鋰空氣電池 過渡金屬(氫)氧化物 β-FeOOH 石墨烯 CMK
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TM911.41
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 緒論8-28
• 1.1 引言8-10
• 1.2 鋰-空氣電池概述10-13
• 1.2.1 鋰空氣電池基本原理10-12
• 1.2.2 鋰空氣電池優(yōu)缺點(diǎn)12-13
• 1.3 鋰空氣電池正極催化劑研究現(xiàn)狀13-20
• 1.3.1 碳材料13-15
• 1.3.2 過渡金屬(氫)氧化物催化劑15-17
• 1.3.3 貴金屬及其合金催化劑17-18
• 1.3.4 其它催化劑材料18-19
• 1.3.5 國內(nèi)外研究分析19-20
• 1.4 羥基氧化鐵研究現(xiàn)狀20-26
• 1.4.1 羥基氧化鐵基本性質(zhì)20
• 1.4.2 羥基氧化鐵國內(nèi)外研究現(xiàn)狀20-26
• 1.5 本課題的設(shè)計(jì)思路及主要研究內(nèi)容26-28
• 第2章 實(shí)驗(yàn)用品與測試方法28-33
• 2.1 實(shí)驗(yàn)藥品與設(shè)備28-29
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)藥品28-29
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備29
• 2.2 實(shí)驗(yàn)方法29-31
• 2.2.1 β-FeOOH及其碳復(fù)合材料的制備方法29-30
• 2.2.1 鋰空氣電池正極集流體30
• 2.2.2 鋰空氣電池正極的制備方法30
• 2.2.3 鋰空氣電池的組裝30-31
• 2.3 樣品的形貌和結(jié)構(gòu)分析31-33
• 2.3.1 掃描電子顯微鏡31
• 2.3.2 X射線衍射技術(shù)31
• 2.3.3 樣品的電化學(xué)性能測試31-33
• 第3章 β-FeOOH及其碳復(fù)合材料的制備與表征33-47
• 3.1 引言33
• 3.2 水熱法制備β-FeOOH納米棒33-42
• 3.2.1水熱法制備β-FeOOH納米棒33-35
• 3.2.2 水熱溫度對β-FeOOH合成的影響35-37
• 3.2.3 反應(yīng)液濃度對β-FeOOH合成的影響37-39
• 3.2.4 反應(yīng)時(shí)間對β-FeOOH合成的影響39-40
• 3.2.5 溶劑成分對β-FeOOH合成的影響40-42
• 3.3 水熱法制備β-FeOOH碳復(fù)合材料42-45
• 3.3.1 水熱法制備β-FeOOH/rGO復(fù)合材料42-44
• 3.3.2 水熱法制備β-FeOOH/CMK復(fù)合材料44-45
• 3.4 本章小結(jié)45-47
• 第4章 β-FeOOH及碳復(fù)合材料在鋰空氣電池中的性能47-63
• 4.1 引言47
• 4.2 鋰空氣電池性能測試47-57
• 4.2.1 β-FeOOH/Super P比例對性能的影響47-50
• 4.2.2 β-FeOOH的在鋰空氣電池中的性能50-52
• 4.2.3 β-FeOOH/rGO復(fù)合材料在鋰空氣電池中的性能52-55
• 4.2.4 β-FeOOH/CMK復(fù)合材料在鋰空氣電池中的性能55-57
• 4.3 β-FeOOH及其碳復(fù)合材料的性能比較57-61
• 4.3.1 不同材料的催化活性比較57-58
• 4.3.2 不同材料的循環(huán)性能比較58-59
• 4.3.3 不同材料的容量特性比較59-61
• 4.4 本章小結(jié)61-63
• 結(jié)論63-64
• 參考文獻(xiàn)64-73
• 致謝73

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