鋰二氧化碳（Li-CO₂）電池是一種環(huán)境友好的新型能量存儲(chǔ)體系,它不僅能夠巧妙地將減少溫室氣體二氧化碳（CO₂）排放與能源存儲(chǔ)結(jié)合起來(lái),而且具有較高的理論能量密度,能夠滿足電動(dòng)汽車和智能電網(wǎng)等新興科技的工作需求,是最具有發(fā)展前景的儲(chǔ)能系統(tǒng)之一。但是,Li-CO₂電池距離商業(yè)化應(yīng)用還有很大的差距,存在的主要問(wèn)題是放電產(chǎn)物中的碳酸鋰（Li₂CO₃）是一種帶隙較寬且化學(xué)性質(zhì)較為穩(wěn)定的物質(zhì),在充電過(guò)程中不易被分解,從而導(dǎo)致過(guò)電位升高,電解液分解,電池循環(huán)壽命短等一系列問(wèn)題,高效正極催化劑的開(kāi)發(fā)是解決上述問(wèn)題的關(guān)鍵。本論文以氧化鎳（NiO）材料作為基礎(chǔ),通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方法制備出不同形貌結(jié)構(gòu)的正極催化劑材料,并系統(tǒng)性地研究了其對(duì)電池電化學(xué)性能的影響。主要研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)方面:1.通過(guò)靜電紡絲工藝結(jié)合煅燒過(guò)程制備多孔NiO納米纖維,并將其作為L(zhǎng)i-CO₂電池的正極催化劑。當(dāng)電流密度為100 m A g^-1,截止容量為1000 m Ah g

【文章來(lái)源】：鄭州大學(xué)河南省 211工程院校

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

以P-Mn2O3/KB為正極催化劑的Li-CO2電池在第50次放電狀態(tài)下回收的Li負(fù)極（a）正面及背面的數(shù)碼照片，SEM圖像：側(cè)視圖（b）和頂視圖（前面）（c），（d）回

1緒論8點(diǎn)，在許多電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)中作為催化劑載體、導(dǎo)電劑和電極材料，如鋰離子電池、燃料電池和超級(jí)電容器，以及Li-air電池和Li-CO2電池[56,57]。在研究初期，科研工作者將商用的碳材料SuperP用作Li-CO2電池的正極材料[58]。盡管SuperP在離子電解液中未表現(xiàn)出任何的放電容量，但其在醚類電解液中的電池容量卻較大（6062mAhg1），這說(shuō)明電解液對(duì)電池性能有決定性影響[27,59]。緊接著這一結(jié)論被Zhang[60]和Liu[25]的團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步證實(shí)，他們發(fā)現(xiàn)科琴黑（KB）在醚類電解液中電池放電容量也能超過(guò)1000mAhkg-1。以上結(jié)果表明，Li-CO2電池在適當(dāng)?shù)纳虡I(yè)活性碳材料-電解液系統(tǒng)下是可以正常工作的。除了以上提到的商業(yè)活性碳材料以外，碳納米管和石墨烯等由于其獨(dú)特的量子尺寸效應(yīng)和表面化學(xué)狀態(tài)，使其具有優(yōu)異的物理和化學(xué)性質(zhì)，被認(rèn)為是優(yōu)越的電催化劑材料。2015年，Zhang課題組首次將石墨烯引入到Li-CO2電池中[60]。石墨烯具有高導(dǎo)電性、大比表面積、高的電化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，其大的比表面積可以暴露更多的活性位點(diǎn)同時(shí)也能為放電產(chǎn)物提供足夠多的存儲(chǔ)空間，因此可充電Li-CO2電池在電流密度為50mAg-1時(shí)表現(xiàn)出高的放電比容量（14774mAhg-1）和穩(wěn)定的循環(huán)性能（20次）（圖1.5）。同年，Zhang等人又將CNTs用作Li-CO2電池的正極材料[61]。同等條件下，雖然電池的放電容量略低（8379mAhg-1），但其循環(huán)穩(wěn)定性有顯著提高（100mAg-1條件下循環(huán)超過(guò)20圈）。作者認(rèn)為，電池性能的改善主要是由于CNTs的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)。首先，圖1.5（a）石墨烯SEM圖，（b）石墨烯正極的Li-CO2電池在CO2及Ar氣氛中的放電曲線，（c，d）電池在電流密度分別為50mAg-1和100mAg-1截止容量為1000mAhg-1時(shí)的循環(huán)圖。

1緒論12物的形成。隨后，基于IrO2的高催化活性，Mao等人設(shè)計(jì)了一種超細(xì)IrO2納米顆粒修飾直接生長(zhǎng)在碳布基底上的層狀δ-MnO2（IrO2/δ-MnO2）的CO2正極[53]。作者提出，IrO2納米粒子具有比δ-MnO2納米片更高的催化活性，因此在放電過(guò)程開(kāi)始時(shí)，就成為放電產(chǎn)物成核和生長(zhǎng)的活性位點(diǎn)。在后續(xù)的放電反應(yīng)中，2Dδ-MnO2起到了協(xié)同催化作用，為后續(xù)放電產(chǎn)物的形成提供了大量的活性中心。因此，協(xié)同催化效應(yīng)IrO2/δ-MnO2復(fù)合材料中的IrO2和2Dδ-MnO2導(dǎo)致了薄層非晶態(tài)Li2CO3的保形生長(zhǎng)，使Li-CO2電池具有良好的可逆性。雖然貴金屬的研究大大降低了Li-CO2電池的過(guò)電位，但是對(duì)于正極表面放電產(chǎn)物的成核和生長(zhǎng)機(jī)理尚不清楚。1.4.3.3過(guò)渡金屬及其氧/碳化物催化劑材料雖然Ru和Ir等貴金屬對(duì)CO2的氧化還原有較好的催化活性，當(dāng)被用作Li-CO2電池的正極催化劑可有效地降低電池的過(guò)電位，增加電池的循環(huán)穩(wěn)定性等，但是，由于其昂貴的價(jià)格阻礙了其廣泛應(yīng)用。因此，開(kāi)發(fā)低成本、高催化活性的催化劑迫在眉睫。而過(guò)渡金屬由于其多價(jià)性，在電催化領(lǐng)域表現(xiàn)出良好的活性，有望取代貴金屬[74-76]。圖1.8NiO-CNTs的SEM（a）和TEM（b）圖，（c）NiO-CNTs或CNTs正極Li-CO2電池的CV曲線，具有NiO-CNT正極的Li-CO2電池在50mAg-1電流密度下的放電-充電曲線（d），（e）50mAg-1或（f）100mAg-1時(shí)的循環(huán)性能。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Li-CO2電池機(jī)理、催化劑和性能研究進(jìn)展（英文）[J]. 李翔,楊思勰,馮寧寧,何平,周豪慎.  催化學(xué)報(bào). 2016(07)



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