本文關(guān)鍵詞：鋁—空氣電池陰極催化劑的制備及表征，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：鋁空氣電池的結(jié)構(gòu)是：陽極鋁金屬|(zhì)電解質(zhì)|陰極氧氣，具有較高的理論開路電壓2.73V和優(yōu)異的比能量(金屬鋁的比能量為8.1kWh/kg；電池的比能量為2.8kWh/kg)，近年來引起了全世界的關(guān)注,是一種具有發(fā)展?jié)摿Φ男滦碗娫大w系。而催化劑的性質(zhì)對鋁-空氣電池的放電性能有很大的影響，石墨烯作為一種新型的鋁-空氣電池催化劑，因其具有良好的物理、化學和機械性能使其在催化載體等方面有著潛在的應用前景。本論文嘗試將石墨烯作為催化劑及載體應用于鋁-空氣電池空氣陰極。 主要用熱膨脹法制備了石墨烯，用微波輔助乙二醇法制備石墨烯基鉑-鈷合金催化劑(Pt-Co/rGO)，并將其應用于鋁空氣電池陰極。通過X-射線衍射、紅外光譜、掃描電鏡、拉曼光譜、透射電鏡等測試手段對催化劑粉末進行表征，觀察其形貌。利用循環(huán)伏安、線性掃描、恒流放電對空氣電極進行測試。 實驗結(jié)果表明增加預處理過程，增長冰浴時間能得到氧化性較好的氧化石墨，使用PANI修飾制備的石墨烯具有較大的比表面積，還原效果好。 在石墨烯上負載Pt-Co合金，改變金屬Pt與Co質(zhì)量比，發(fā)現(xiàn)當質(zhì)量比為1:2時，所制備的催化劑具有較好的氧還原活性。 分別將XC-72和MWCNT與石墨烯復合做催化劑載體，發(fā)現(xiàn)其活性遠高于單獨使用XC-72、MWCNT和石墨烯基催化劑的活性。當GO與XC-72質(zhì)量之比為2:1時，得到的空氣電池，在相同放電條件下具有更高的放電平臺。在10mA、20mA、30mA、40mA放電條件下分別可以達到1.31V、1.0V、0.54V、0.48V。當GO與MWCNT質(zhì)量之比為2:1時，得到的空氣電池，在相同放電條件下具有更高的放電平臺，在10mA、20mA、30mA、40mA放電條件下分別可以達到1.38V、0.65V、0.62V、0.58V。本論文所有空氣電極的制備均采用擴散層-集流體-擴散層-催化層的構(gòu)型，以增強氧氣的擴散能力，減少集流體的腐蝕和電解液的泄露，這樣可以提高電池的放電性能。
【關(guān)鍵詞】：鋁-空氣電池 石墨烯 氧還原 催化劑
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TM911.41;O643.36
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-23
• 1.1 鋁-空氣電池的研究進展10-11
• 1.2 鋁空氣電池的工作原理11-12
• 1.3 鋁-空氣電池的結(jié)構(gòu)與特點12-13
• 1.4 鋁空氣電池空氣電極的研究13-14
• 1.5 空氣電極典型催化劑14-16
• 1.5.1 廉價催化劑14
• 1.5.2 金屬有機大環(huán)螯合物14
• 1.5.3 鈣鈦礦型氧化物催化劑14-15
• 1.5.4 貴金屬催化劑15-16
• 1.6 空氣電極催化劑載體的研究16-22
• 1.6.1 石墨烯制備方法的研究17-21
• 1.6.2 石墨烯負載貴金屬的研究21-22
• 1.7 論文研究的目的、意義及內(nèi)容22-23
• 第2章 實驗部分23-33
• 2.1 實驗所用藥品、制備設備以及分析儀器23-24
• 2.1.1 實驗所用藥品23-24
• 2.1.2 實驗所用儀器24
• 2.2 實驗方法24-28
• 2.2.1 氧化石墨(GO)的制備24-26
• 2.2.2 石墨烯(rGO)的制備26-27
• 2.2.3 Pt-Co/rGO 催化劑的制備的制備27-28
• 2.3 表征方法28-29
• 2.3.1 傅里葉變換紅外光譜(FT-IR)28
• 2.3.2 X 射線衍射測試(XRD)28
• 2.3.3 掃描電子顯微鏡(SEM)及能譜(EDX)28
• 2.3.4 透射電子顯微鏡(TEM)、高分辨透射電子顯微鏡(HRTEM)28-29
• 2.4 電化學性能測試與分析29-33
• 2.4.1 研究電極的制備29
• 2.4.2 氧還原電極的制備及模擬電池的組裝29-31
• 2.4.3 線性掃描(LSV)測試31
• 2.4.4 循環(huán)伏安(CV)測試31-32
• 2.4.5 鋁-空氣電池恒流放電表征32-33
• 第3章 石墨烯催化劑的制備及表征33-46
• 3.1 前言33
• 3.2 氧化石墨的制備與表征33-39
• 3.2.1 預處理對制備氧化石墨的影響33-36
• 3.2.2 冰浴時間對制備氧化石墨的影響36-39
• 3.3 石墨烯的制備39
• 3.4 石墨烯的結(jié)構(gòu)分析與形貌39-43
• 3.5 石墨烯氮氣吸附脫附曲線分析43-44
• 3.6 石墨烯基空氣電極的制備與電池組裝44-45
• 3.7 本章小結(jié)45-46
• 第4章 Pt-Co/rGO 催化劑的制備與表征46-60
• 4.1 前言46
• 4.2 微波體系的選定46-49
• 4.2.1 XRD 分析46-47
• 4.2.2 電化學性能表征47-49
• 4.3 添加助分散劑量的選取49-51
• 4.3.1 XRD 分析49-50
• 4.3.2 電化學性能表征50-51
• 4.4 微波時間的選擇51-53
• 4.4.1 XRD 分析52
• 4.4.2 電化學性能表征52-53
• 4.5 制備不同金屬比例的 Pt-Co/rGO 催化劑53-59
• 4.5.1 Pt-Co/rGO 催化劑的結(jié)構(gòu)與形貌分析54-57
• 4.5.2 電化學性能表征57-58
• 4.5.3 空氣電極的制備與電池性能測試58-59
• 4.6 本章小結(jié)59-60
• 第5章 復合催化劑載體改性初探60-73
• 5.1 活性炭 XC-72 與石墨烯的復合60-64
• 5.1.1 結(jié)構(gòu)與形貌分析60-61
• 5.1.2 電化學性能表征61-63
• 5.1.3 空氣電極的制備與電池性能測試63-64
• 5.2 多壁碳納米管(MWCNT)與石墨烯的線面結(jié)構(gòu)復合64-68
• 5.2.1 結(jié)構(gòu)與形貌分析64-66
• 5.2.2 電化學性能表征66-67
• 5.2.3 空氣電極的制備與電池性能測試67-68
• 5.3 不同金屬比例 Pt-Co/rGO2-MWCNT1的制備與表征68-72
• 5.3.1 電化學性能表征70-71
• 5.3.2 空氣電極的制備與電池性能測試71-72
• 5.4 本章小結(jié)72-73
• 結(jié)論73-74
• 參考文獻74-79
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及其它成果79-81
• 致謝81

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