具有極高理論能量密度的鋰空氣電池近年來受到了極大關(guān)注,有望取代傳統(tǒng)的鋰離子電池,作為電動(dòng)汽車動(dòng)力電池或應(yīng)用到便攜電子設(shè)備中,促進(jìn)能源和環(huán)境問題的解決。但鋰空氣電池普遍存在過電位高、倍率性能不足和循環(huán)穩(wěn)定性差等諸多科學(xué)和技術(shù)問題,需要開發(fā)具有高催化活性和匹配結(jié)構(gòu)的陰極。憑借自身諸多優(yōu)良特性,碳材料在鋰空氣電池陰極的研究中表現(xiàn)出極大的活力。其中,具有超大比表面積、超高電導(dǎo)率的石墨烯是一種十分理想的陰極材料。但石墨烯的低催化活性限制了其在鋰空氣電池中的進(jìn)一步發(fā)展,所以在充分利用石墨烯優(yōu)良特性的基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)十分必要。本論文以有機(jī)電解液體系鋰空氣電池為研究對(duì)象,選擇石墨烯作為基本陰極材料,通過對(duì)石墨烯進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和表面修飾,提升鋰空氣電池性能,探索出適用于鋰空氣電池的高活性陰極,推動(dòng)鋰空氣電池的進(jìn)一步開發(fā)和應(yīng)用。本論文系統(tǒng)研究了采用改進(jìn)化學(xué)氣相沉積（CVD）方法制備高品質(zhì)三維立體石墨烯,并在此基礎(chǔ)上通過在CVD過程中暴露空氣使泡沫鎳基底部分氧化,制備得到具有梯度孔隙結(jié)構(gòu)的三維立體石墨烯。三維石墨烯大比表面積的高效利用以及梯度孔隙結(jié)構(gòu)的構(gòu)建,使其具有豐富的催化活性位點(diǎn)和物質(zhì)傳輸通道... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：71 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

四種鋰空氣電池的結(jié)構(gòu)示意圖

導(dǎo)率并改善界面問題是全固態(tài)鋰空氣電池亟待解決的關(guān)鍵問題[2機(jī)電解液體系鋰空氣電池工作原理機(jī)電解液體系鋰空氣電池結(jié)構(gòu)簡單，安全系數(shù)較高，整體性能好的鋰空氣電池體系。目前被廣泛認(rèn)可的電池反應(yīng)機(jī)理為：2Li – 2e-→ 2Li+（陽極反應(yīng)） 2Li++ O2+ 2e-→ Li2O2（陰極反應(yīng)） 2Li + O2→ Li2O2（總反應(yīng)） 放電時(shí)，陽極鋰失電子被氧化為 Li+，電子經(jīng)外電路傳輸?shù)疥帢O，質(zhì)傳輸?shù)娇諝怆姌O，在陰極反應(yīng)界面處，O2得到電子并與 Li+結(jié)并且沉積在陰極表面，此過程被稱之為氧還原反應(yīng)（ORR）；充電，Li2O2分解成 Li+和 O2，Li+通過電解質(zhì)回到陽極且得電子變?yōu)楸砻娉练e，O2直接釋放，此過程被稱之為氧析出反應(yīng)（OER）[3

哈爾濱工業(yè)大學(xué)理學(xué)碩士學(xué)位論文進(jìn)一步比較了兩種 MnO2的催化活性，與 -M化劑的鋰空氣電池具有更高的容量和更好的循催化活性。人[51]以鈷酞菁作為原料，將 Co3O4沉積到催化劑，并將其負(fù)載到導(dǎo)電炭黑（KB）上作為氣電池中。從結(jié)果來看，Co3O4/RGO/KB 陰極表純 KB 陰極低約 400 mV（如圖 1-6），說明 Co程的高催化活性。


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