【摘要】：鈣鈦礦型過渡金屬氧化物對氧還原反應(yīng)(ORR)與氧析出(OER)反應(yīng)具有較好的電催化活性,通過改變過渡金屬的種類可以靈活調(diào)節(jié)其物理與化學(xué)特性。基于此,本文選擇常見的鑭基鈣鈦礦型過渡金屬氧化物為研究對象,通過元素?fù)诫s、特殊形貌設(shè)計等方法制備了具有較高氧還原與氧析出電催化活性的鈣鈦礦型材料,研究了該材料為正極的雙液鋰-氧電池的電化學(xué)性能。主要研究內(nèi)容如下:1.制備鑭基鈣鈦礦型過渡金屬氧化物并表征其電化學(xué)催化性能。以檸檬酸為絡(luò)合劑,金屬硝酸鹽為金屬源,采用溶膠-凝膠法制備了四種簡配型鑭基鈣鈦礦型過渡金屬氧化物L(fēng)aBO_3(B=Mn,Fe,Co,Ni)納米微粒,研究了其在堿性電解液中的氧還原與氧析出電催化活性。結(jié)果表明,LaMnO_3具有最優(yōu)的氧還原電催化活性,但其氧析出活性比較差;而LaCoO_3具有最優(yōu)的氧析出電催化活性,但其氧還原活性一般。以上述四種材料作為正極催化劑分別組裝雙液鋰-氧電池,電池的測試結(jié)果與上述結(jié)論相同。2.為了提高LaMnO_3的氧析出電催化活性,對其進(jìn)行Co元素?fù)诫s。以檸檬酸為絡(luò)合劑,金屬硝酸鹽為金屬源,通過溶膠-凝膠法制備了系列鈣鈦礦型復(fù)合氧化物L(fēng)aMn_(1-x)Co_xO_3納米微粒,研究了其在堿性電解液中的氧還原與氧析出電催化活性。結(jié)果表明,隨著Co摻雜量的增加,LaMn_(1-x)Co_xO_3的OER電催化活性呈現(xiàn)出先增后降的變化趨勢,x=0.3時所得的LaMn_(0.7)Co_(0.3)O_3具有最高的OER電催化活性,即LaMn_(0.7)Co_(0.3)O_3同時具有最優(yōu)的ORR和OER電催化活性。且以LaMn_(0.7)Co_(0.3)O_3為正極催化劑的雙液鋰-氧電池表現(xiàn)出良好的循環(huán)性能,其充電電壓比LaMnO_3作正極催化劑時有明顯降低。3.為了緩解團(tuán)聚現(xiàn)象,增大材料的比表面積,賦予鈣鈦礦型復(fù)合氧化物L(fēng)aMn_(0.7)Co_(0.3)O_3特定的形貌結(jié)構(gòu)。選用PVP與PAN的混合物為前驅(qū)聚合物,硝酸鑭,硝酸鈷及乙酸錳為金屬源,DMF為溶劑,利用靜電紡絲法制備了具有一維形貌結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦型LaMn_(0.7)Co_(0.3)O_3/C納米纖維,在堿性電解液中研究了形貌結(jié)構(gòu)對電催化活性的影響。結(jié)果表明,LaMn_(0.7)Co_(0.3)O_3/C納米纖維與采用溶膠-凝膠法制得的LaMn_(0.7)Co_(0.3)O_3納米微粒具有相近的ORR電催化活性,同時該納米纖維的OER電催化活性又表現(xiàn)出明顯提升;另外,以LaMn_(0.7)Co_(0.3)O_3/C納米纖維為正極催化材料的雙液鋰-氧電池表現(xiàn)出更低的充電電壓以及優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。因此,特定的形貌結(jié)構(gòu)確實改善了材料的電催化性能。
【圖文】：

水系的電池需要考慮金屬鋰與水系電解質(zhì)溶液的接觸而產(chǎn)進(jìn)行電解液飽和而析出晶體并堆疊于正極表面，堵塞正極材料孔氧電池是由 Wang 等于 2009 年首次提出的，其電解液有水溶液與是有機(jī)電解液，而在多孔正極材料一側(cè)是水系電解液，兩者由固鋰-氧電池與水系鋰-氧電池的優(yōu)點(diǎn)于一身，同時解決了鋰水接觸造塞正極孔道問題。近年來，混合型鋰-氧電池憑借自身的優(yōu)勢，贏本文基于水系-有機(jī)混合型鋰-氧電池展開研究工作。機(jī)混合型鋰-氧電池的工作原理是利用金屬鋰與氧氣之間的氧化還原反應(yīng)來進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的一種。以金屬鋰作為負(fù)極，以負(fù)載催化劑的多孔材料作為正極，電解如圖 1.1 所示[6]。其中，氧氣作為正極的反應(yīng)物質(zhì)，，取自于空氣小，不需要考慮在電池內(nèi)部儲存問題，大幅度地減小了電池的總油相媲美的理論能量密度（600 W h kg-1，計算按實際包裝質(zhì)量大的發(fā)展?jié)摿11,12]。

屬于無機(jī)非金屬范疇。與尋常素以不常出現(xiàn)的化合價存在，氧元素不滿足在，從而導(dǎo)致固體材料表現(xiàn)出一些獨(dú)特的性鈦礦型復(fù)合氧化物的特殊性質(zhì)使其在催化領(lǐng)氧化物作為氧氣反應(yīng)催化劑的相關(guān)研究早有物的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)通常有簡單鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，雙鈣鈦礦結(jié)構(gòu)礦結(jié)構(gòu)的化合物，其化學(xué)通式可以用 ABO3大的 La，Pr，Ba 等稀土或堿土元素，呈 12是穩(wěn)定材料結(jié)構(gòu)； B位元素一般為離子半徑 個氧形成八面體配位，由于其價態(tài)的多變性礦型復(fù)合氧化物最大的特點(diǎn)是：在維持晶體相近的元素部分或者全部替換而形成具有獨(dú)因此，我們可以自由靈活的調(diào)控材料的物理
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TQ426;TM911.41

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 王連馳,于作龍,吳越;稀土催化新貌[J];稀土;1990年05期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 薛海榮;鋰—氧電池碳基正極材料的設(shè)計、制備及其性能研究[D];南京航空航天大學(xué);2016年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 盧凡亮;La_(0.8)Sr_(0.2)MnO_3鈣鈦礦氧化物作為鋰空氣電池催化劑的設(shè)計與改性研究[D];蘇州大學(xué);2015年

本文編號：2702246