本文關(guān)鍵詞：鋅-空氣電池空氣電極的制備及研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著人類對(duì)能源需求的增加和化石能源儲(chǔ)量日益減少，能源的利用、轉(zhuǎn)換及新能源開(kāi)發(fā)引起人們的廣泛關(guān)注。燃料電池是一種高效潔凈的新能源，其中鋅-空氣電池以其優(yōu)異的比能量及安全性成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。鋅具有儲(chǔ)量豐富、成本低、比容量高等優(yōu)點(diǎn)，但是鋅-空氣電池所使用的貴金屬催化劑價(jià)格昂貴，難以廣泛應(yīng)用。本文研究了廉價(jià)催化劑，以期實(shí)現(xiàn)鋅-空氣電池大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。 本文以碳載體作為催化劑，研究了不同碳（煤質(zhì)活性碳、木質(zhì)活性碳、化學(xué)法活性碳、乙炔黑、V-72R活性碳、酚醛活性碳）種類及不同的預(yù)處理方式對(duì)碳載體催化效果的影響。結(jié)果表明：煤質(zhì)活性碳與酚醛活性碳催化性能較好；最佳預(yù)處理方式為醇洗；將V-72R活性碳與醇洗煤質(zhì)活性碳混合使用，當(dāng)二者質(zhì)量比為1:5時(shí)，催化效果最佳。碳載體為催化劑的催化層正交試驗(yàn)結(jié)果表明：碳載體、PTFE、Na_2SO_4質(zhì)量比為20:6:5且不添加乙炔黑時(shí)催化效果最佳。 以廉價(jià)的MnO_2/C作為空氣電極的催化劑，研究了合成工藝、錳源和后處理方式對(duì)催化性能的影響。得出最佳合成路線：合成工藝為歸一法，錳源為硫酸錳，MnO_2與碳載體的質(zhì)量比為9:20，KMnO4濃度為15g/L，MnSO4·H2O與KMnO4摩爾比為1.5:1。應(yīng)用最佳路線制得的MnO_2/C催化劑的鋅-空氣電池輸出比功率可維持在100mW/cm2以上。利用單因素分析法分析了MnO_2/C為催化劑的催化層，結(jié)果表明：Na_2SO_4與碳載體的質(zhì)量比為1:4，PTFE與總碳（碳載體與乙炔黑）的質(zhì)量比為3:10且不含乙炔黑時(shí)，空氣電極的性能最好。烘干后的空氣電極經(jīng)乙醇處理后，可提高電池的比功率；成型壓力在0.875MPa/cm2下可制備性能較好的空氣電極；高溫?zé)崽幚砜諝怆姌O對(duì)其性能影響明顯，溫度越高，催化性能下降越明顯。 利用高分子保護(hù)法制備了碳載納米銀（Nano-Ag/C）催化劑，當(dāng)PVP與AgNO3的質(zhì)量比為2:1及Ag~+濃度為0.01mol/L時(shí)，制備的催化劑催化活性最好。利用正交試驗(yàn)分析了Ag/C催化劑的催化層，得出最佳配比：碳載體、PTFE、Na_2SO_4、Ag的質(zhì)量比為20:8:7:4。研究了MnO_2在MnO_2-Ag/C復(fù)合催化劑配比，得出最佳配比：MnO_2(歸一法)與碳載體的質(zhì)量比是1:5。比較了各類催化劑的催化能力和穩(wěn)定性大小，得出催化能力大小順序?yàn)椋篗nO_2-Ag/C，Ag/C，MnO_2/C，碳載體。穩(wěn)定性大小順序?yàn)椋篈g/C，MnO_2-Ag/C，MnO_2/C，碳載體。 采用SWOT分析法分析了鋅-空氣電池的市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)、市場(chǎng)劣勢(shì)、市場(chǎng)需求和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，分析結(jié)果表明：采用MnO_2/C作為空氣電極的催化劑得到的鋅-空氣電池具有很強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
【關(guān)鍵詞】：鋅-空氣電池 空氣電極 碳載體 MnO_2/C Ag/C
【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】：2013
【分類號(hào)】：TQ426;TM911.4
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-24
• 1.1 引言11-12
• 1.2 鋅-空氣電池12-18
• 1.2.1 鋅-空氣電池的發(fā)展及研究現(xiàn)狀12-13
• 1.2.2 鋅-空氣電池的特點(diǎn)13-16
• 1.2.3 鋅-空氣電池的工作原理16-18
• 1.2.4 鋅-空氣電池的分類18
• 1.3 空氣電極18-20
• 1.3.1 空氣電極在鋅-空氣電池中的地位18-19
• 1.3.2 空氣電極的結(jié)構(gòu)19-20
• 1.4 空氣電極的催化劑20-22
• 1.4.1 貴金屬及其合金催化劑20-21
• 1.4.2 金屬氧化物催化劑21-22
• 1.4.3 金屬螯合物催化劑22
• 1.5 本論文研究的意義及內(nèi)容22-24
• 第2章 實(shí)驗(yàn)部分24-32
• 2.1 主要實(shí)驗(yàn)藥品及儀器24-25
• 2.1.1 主要的實(shí)驗(yàn)藥品24-25
• 2.1.2 主要的實(shí)驗(yàn)儀器25
• 2.2 碳載體的預(yù)處理25-26
• 2.3 MnO_2/C 催化劑的制備方法26-27
• 2.4 Ag/C 催化劑及 MnO_2-Ag/C 復(fù)合催化劑的制備27
• 2.5 空氣電極的制備27-29
• 2.5.1 集流體的選擇27-28
• 2.5.2 空氣電極的各層排列方式28-29
• 2.5.3 空氣電極的制備工藝流程29
• 2.6 XRD 物理表征29-30
• 2.7 空氣電極的電化學(xué)測(cè)試30-31
• 2.7.1 開(kāi)路電壓測(cè)試30
• 2.7.2 Tafel 曲線測(cè)試30
• 2.7.3 動(dòng)電位極化曲線測(cè)試30-31
• 2.7.4 恒流極化曲線測(cè)試31
• 2.8 鋅-空氣電池的放電測(cè)試31
• 2.9 研究路線31-32
• 第3章 碳載體的選擇及其預(yù)處理32-45
• 3.1 引言32
• 3.2 碳載體的選擇32-35
• 3.3 碳載體的預(yù)處理35-41
• 3.3.1 碳載體的醇洗預(yù)處理35-36
• 3.3.2 碳載體的堿洗預(yù)處理36-38
• 3.3.3 碳載體的酸洗預(yù)處理38
• 3.3.4 不同預(yù)處理方法的比較38-39
• 3.3.5 碳載體混合使用質(zhì)量比優(yōu)化39-40
• 3.3.6 顆粒大小對(duì)放電性能的影響40-41
• 3.4 碳載體作為催化劑催化層正交試驗(yàn)41-43
• 3.5 防水透氣層優(yōu)化43
• 3.6 本章小結(jié)43-45
• 第4章 MnO_2/C 催化劑的制備及研究45-61
• 4.1 引言45
• 4.2 MnO_2/C 催化劑的制備45-52
• 4.2.1 不同合成工藝對(duì) MnO_2/C 催化劑影響45-46
• 4.2.2 微波對(duì)合成的 MnO_2/C 催化劑的影響46-48
• 4.2.3 不同錳源對(duì) MnO_2/C 催化劑的影響48-50
• 4.2.4 MnO_2與碳載體的結(jié)合方式對(duì)放電性能影響50
• 4.2.5 歸一法合成 MnO_2/C 工藝的優(yōu)化50-52
• 4.3 MnO_2為催化劑的催化層各組分的優(yōu)化52-55
• 4.3.1 造孔劑 Na_2SO_4與碳載體質(zhì)量比的優(yōu)化53
• 4.3.2 粘結(jié)劑 PTFE 與總碳質(zhì)量比的優(yōu)化53-54
• 4.3.3 乙炔黑與碳載體質(zhì)量比的優(yōu)化54-55
• 4.4 空氣電極制備工藝的優(yōu)化55-59
• 4.4.1 乙醇處理對(duì)空氣電極的影響55-56
• 4.4.2 成型壓力對(duì)空氣電極的影響56-57
• 4.4.3 熱處理溫度對(duì)空氣電極的影響57-59
• 4.5 本章小結(jié)59-61
• 第5章 Ag/C 催化劑的制備及研究61-67
• 5.1 引言61
• 5.2 PVP 保護(hù)劑對(duì) Ag/C 催化劑的影響61-62
• 5.3 Ag~+濃度對(duì) Ag/C 催化劑的影響62-63
• 5.4 Ag/C 為催化劑的催化層正交試驗(yàn)63-64
• 5.5 MnO_2-Ag/C 復(fù)合催化劑中 MnO_2含量?jī)?yōu)化64-65
• 5.6 不同催化劑催化性能的比較65-66
• 5.7 本章小結(jié)66-67
• 第6章 市場(chǎng)分析及產(chǎn)業(yè)前景67-72
• 6.1 引言67
• 6.2 鋅-空氣電池的優(yōu)勢(shì)67-68
• 6.2.1 性能優(yōu)勢(shì)67
• 6.2.2 造價(jià)優(yōu)勢(shì)67-68
• 6.3 鋅-空氣電池的缺陷68-69
• 6.3.1 機(jī)理缺陷68
• 6.3.2 技術(shù)缺陷68-69
• 6.4 鋅-空氣電池的需求69-70
• 6.4.1 市場(chǎng)需求69-70
• 6.4.2 科研支撐70
• 6.4.3 政策支持70
• 6.5 鋅-空氣電池的競(jìng)爭(zhēng)70-71
• 6.6 本章小結(jié)71-72
• 結(jié)論72-73
• 參考文獻(xiàn)73-80
• 致謝80

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