本文關(guān)鍵詞：鋰空氣電池三維自支撐氧化物正極的制備及電化學(xué)性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：鋰空氣電池具有極高的理論比容量和理論比能量,環(huán)境友好且可多次循環(huán)使用,被認為是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ碾娫大w系。目前對鋰空氣電池的研究仍處在初級階段,電池的循環(huán)性能和能量轉(zhuǎn)換效率等都需要提升,而研究和開發(fā)高效的正極催化劑材料被認為對鋰空氣電池性能的提高有關(guān)鍵作用。本文主要研究了幾種自支撐氧化物鋰空氣電池正極材料的制備及其電化學(xué)性能。通過CVD法、水熱法和電化學(xué)聚合法分別制備得到三維石墨烯、三維石墨烯-Co_3O_4及三維石墨烯-Co_3O_4-PPy電極。SEM、XRD、能譜等測試結(jié)果表明,得到了高品質(zhì)的三維石墨烯,呈網(wǎng)絡(luò)狀的Co_3O_4納米陣列,并在三維石墨烯-Co_3O_4表面成功負載了PPy。分別將三維石墨烯、三維石墨烯-Co_3O_4及三維石墨烯-Co_3O_4-PPy電極裝配成鋰空氣電池。首次放電比容量分別為731.3 mAh g-1、2384.5 mAh g-1和498 mAh g-1,其中三維石墨烯-Co_3O_4電極的鋰空氣電池,在500 mAh g-1下限容測試,穩(wěn)定循環(huán)30次。通過水熱法在泡沫鎳表面原位生長制備得到無碳無粘結(jié)劑的網(wǎng)狀Co_3O_4納米陣列復(fù)合電極(Ni@Co_3O_4-WNFs)。制備得到的Co_3O_4納米纖維陣列相互交織,構(gòu)成特殊的網(wǎng)絡(luò)狀多孔的介孔結(jié)構(gòu),且晶體結(jié)構(gòu)良好。Ni@Co_3O_4-WNFs復(fù)合電極作為正極裝配成鋰空氣電池進行電化學(xué)性能測試,首次放電容量為17118 mAh g-1,在限容500 mAh g-1的條件下,穩(wěn)定循環(huán)128次;限容1000 mAh g-1時,穩(wěn)定循環(huán)超過61次。通過水熱法原位生長制備得到無碳無粘結(jié)劑的Co_3O_4納米線陣列的電極(Ni@Co_3O_4-NWs),在Ni@Co_3O_4-WNFs電極表面電化學(xué)聚合沉積PPy得到Ni@Co_3O_4-WNFs-PPy復(fù)合電極。SEM和XRD等測試表面,前者具有良好的Co_3O_4晶型,納米線陣列均勻分布構(gòu)成相互間隔的線叢結(jié)構(gòu);后者PPy填補了Ni@Co_3O_4-WNFs材料的網(wǎng)狀介孔孔洞,遮蔽了Co_3O_4活性物質(zhì)。分別將Ni@Co_3O_4-NWs和Ni@Co_3O_4-WNFs-PPy復(fù)合電極材料裝配成鋰空氣電池,首次放電比容量分別為2396.4和1057 mAh g-1。限定充放電比容量為500 mAh g-1時,分別可以穩(wěn)定循環(huán)13和14次。通過水熱法原位生長制備得到無碳無粘結(jié)劑的Fe_3O_4納米片陣列電極(Ni@Fe_3O_4-WNPs)。SEM和XRD等測試結(jié)果表明,Fe_3O_4晶相良好,由納米片構(gòu)成的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)均勻且穩(wěn)定地負載于泡沫鎳上,片與片之間形成大量介孔。將此復(fù)合電極作為正極裝配成鋰空氣電池,首次放電比容量為1955 mAh g-1,在限容500 mAh g-1的情況下,電池可以穩(wěn)定循環(huán)21次。
【關(guān)鍵詞】：鋰空氣電池 Co_3O_4 Fe_3O_4 網(wǎng)狀介孔 無碳 雙催化劑
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM911.41;O646
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 緒論12-23
• 1.1 研究背景12-13
• 1.2 鋰空氣電池介紹13-17
• 1.2.1 鋰空氣電池簡介13-14
• 1.2.2 鋰空氣電池的工作原理14-16
• 1.2.3 鋰空氣電池的優(yōu)點及其存在的需要改進問題16-17
• 1.3 鋰空氣電池的研究現(xiàn)狀17-21
• 1.3.1 電解液17-18
• 1.3.2 空氣正極催化劑18-21
• 1.4 研究意義和內(nèi)容21-23
• 1.4.1 研究意義及研究思路21
• 1.4.2 研究內(nèi)容21-23
• 第2章 實驗材料與實驗方法23-31
• 2.1 實驗儀器及試劑23-24
• 2.2 實驗方法24-28
• 2.2.1 三維石墨烯的制備24-25
• 2.2.2 在三維石墨烯表面制備網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的Co_3O_4納米纖維陣列25-26
• 2.2.3 在三維石墨烯-Co_3O_4材料表面電化學(xué)聚合PPy制備復(fù)合正極26
• 2.2.4 新型網(wǎng)狀Ni@Co_3O_4鋰空氣電池復(fù)合正極材料的制備26
• 2.2.5 直接在泡沫鎳上沉積Co_3O_4納米線制備復(fù)合正極材料26
• 2.2.6 電化學(xué)聚合PPy制備Co_3O_4-導(dǎo)電聚合物正極材料26-27
• 2.2.7 新型Ni@Fe_3O_4鋰空氣電池復(fù)合正極材料的制備27
• 2.2.8 鋰空氣電池的組裝和電化學(xué)測試27-28
• 2.3 材料表征28-30
• 2.3.1 掃描電子顯微鏡(SEM)表征28
• 2.3.2 透射電子顯微鏡(TEM)表征28-29
• 2.3.3 X射線衍射(XRD)表征29
• 2.3.4 氮氣吸脫附(BET)測試29
• 2.3.5 X射線光電子能譜(XPS)表征29-30
• 2.4 材料的電化學(xué)性能測試30-31
• 2.4.1 正極材料的循環(huán)伏安法(CV)測試30
• 2.4.2 電池充放電性能測試30
• 2.4.3 電池電化學(xué)阻抗譜(EIS)測試30-31
• 第3章 三維石墨烯-Co_3O_4-PPY(聚吡咯)復(fù)合材料的表征及測試31-42
• 3.1 引言31-32
• 3.2 三維石墨烯-Co_3O_4的表征及測試32-38
• 3.2.1 三維石墨烯的表征32-34
• 3.2.2 三維石墨烯-Co_3O_4的表征及測試34-38
• 3.3 三維石墨烯-Co_3O_4-PPy復(fù)合電極的表征及測試38-41
• 3.3.1 實驗原理38
• 3.3.2 三維石墨烯-Co_3O_4-PPy復(fù)合電極的表征及測試38-41
• 3.4 本章小結(jié)41-42
• 第4章 三維自支撐泡沫NI@氧化物復(fù)合正極的制備及性能測試42-64
• 4.1 引言42-43
• 4.2 網(wǎng)絡(luò)狀Ni@Co_3O_4納米纖維陣列(Ni@Co_3O_4-WNFs)的表征及測試43-57
• 4.2.1 實驗原理43
• 4.2.2 Ni@Co_3O_4-WNFs復(fù)合材料的表征43-47
• 4.2.3 Ni@Co_3O_4-WNFs復(fù)合材料電極的電化學(xué)性能測試47-57
• 4.3 Ni@Co_3O_4-WNFs-PPy復(fù)合材料的表征及測試57-59
• 4.3.1 實驗原理57
• 4.3.2 Ni@Co_3O_4-WNFs-PPy復(fù)合材料的表征57-58
• 4.3.3 Ni@Co_3O_4-WNFs-PPy復(fù)合材料的電化學(xué)性能測試58-59
• 4.4 網(wǎng)狀Ni@Fe_3O_4納米片陣列(Ni@Fe_3O_4-WNPs)材料的表征及測試59-62
• 4.4.1 實驗原理59-60
• 4.4.2 Ni@Fe_3O_4-WNPs復(fù)合材料的表征60-61
• 4.4.3 Ni@Fe_3O_4-WNPs復(fù)合材料的電化學(xué)測試61-62
• 4.6 本章小結(jié)62-64
• 結(jié)論64-66
• 參考文獻66-72
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文與研究成果清單72-73
• 致謝73

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7 成海鷗;崔斌;趙俊英;暢柱國;唐宗薰;;納米Co_3O_4摻雜BaTiO_3陶瓷的制備與表征[A];中國化學(xué)會2008年中西部地區(qū)無機化學(xué)、化工學(xué)術(shù)交流會會議論文集[C];2008年

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9 余賢旺;液相法制備超細、納米Co_3O_4粉末及其性能表征[D];中南大學(xué);2009年

10 劉鵬鵬;Co_3O_4基納米纖維及其氣敏特性研究[D];鄭州大學(xué);2014年

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