可充電鋅-空氣電池因具有高的比能量、良好的安全性、低廉的成本等優(yōu)勢而被認(rèn)為是電網(wǎng)儲(chǔ)能、電動(dòng)汽車、小型便攜式設(shè)備等領(lǐng)域的理想能量存儲(chǔ)系統(tǒng)。但是,其空氣電極上緩慢的氧析出反應(yīng)（OER）和氧還原反應(yīng)（ORR）,使得可充電鋅-空氣電池的能量效率不高、循環(huán)穩(wěn)定性不佳,因此需要開發(fā)高效、低成本的電催化材料以促進(jìn)ORR和OER的快速進(jìn)行,從而提高電池體系的能量效率和循環(huán)性能。研究發(fā)現(xiàn),層狀雙氫氧化物（Layered Double Hydroxides,LDHs）是一類價(jià)格低廉、活性較高的OER電催化劑,但是低的活性面積、差的導(dǎo)電性和弱的ORR活性等因素嚴(yán)重限制了LDHs材料在鋅-空氣電池空氣電極中的應(yīng)用,尤其是在柔性固態(tài)可充電鋅-空氣電池方面。為了克服這些問題,本論文利用簡便且普適性的化學(xué)合成方法,開發(fā)了幾種新型的、催化性能優(yōu)異的鎳基LDHs復(fù)合電催化材料。這些催化劑明顯提升了LDHs的ORR性能,并進(jìn)一步提高了其OER活性。而且,通過元素價(jià)態(tài)調(diào)節(jié)策略,實(shí)現(xiàn)了鎳基LDHs材料的ORR和OER性能的協(xié)同改善,探明了鎳基LDHs復(fù)合催化劑的改善機(jī)制。更重要的是,通過對鎳基LDHs復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)、表面... 

【文章頁數(shù)】：174 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
中文摘要
英文摘要
1 緒論
    1.1 引言
    1.2 鋅-空氣電池簡介
        1.2.1 鋅-空氣電池的特點(diǎn)
        1.2.2 鋅-空氣電池的結(jié)構(gòu)和原理
        1.2.3 可充電鋅-空氣電池的研究現(xiàn)狀和關(guān)鍵問題
    1.3 鋅-空氣電池的電催化劑設(shè)計(jì)
        1.3.1 碳基催化劑
        1.3.2 過渡族金屬催化劑
        1.3.3 小結(jié)
    1.4 柔性固態(tài)鋅-空氣電池儲(chǔ)能器件的研發(fā)現(xiàn)狀
        1.4.1 層狀柔性固態(tài)鋅-空電池
        1.4.2 一維柔性-固態(tài)鋅-空電池
        1.4.3 小結(jié)
    1.5 研究內(nèi)容和研究目的
        1.5.1 研究內(nèi)容
        1.5.2 研究目的
2 實(shí)驗(yàn)試劑、儀器和表征方法
    2.1 實(shí)驗(yàn)試劑和儀器
        2.1.1 實(shí)驗(yàn)試劑
        2.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器
    2.2 材料表征方法
        2.2.1 X射線衍射分析(XRD)
        2.2.2 掃描電鏡和能譜分析(SEM和 EDS)
        2.2.3 透射電鏡(TEM)分析
        2.2.4 X射線光電子能譜(XPS)分析
        2.2.5 拉曼光譜(Raman)分析
        2.2.6 Zeta電位測試
        2.2.7 力學(xué)性能(Mechanical properties)測試
    2.3 電化學(xué)性能測試體系
        2.3.1 電催化測試的三電極體系
        2.3.2 鋅-空氣電池測試體系
    2.4 電化學(xué)性能測試技術(shù)
        2.4.1 循環(huán)伏安(CV)法
        2.4.2 線性掃描伏安(LSV)法
        2.4.3 電流-時(shí)間(I-t)法
        2.4.4 計(jì)時(shí)電位法
        2.4.5 交流阻抗法
        2.4.6 恒流充放電法
3 NiMn LDH@NiCo_2O_4 核殼陣列的制備并應(yīng)用于柔性固態(tài)鋅-空氣電池
    3.1 引言
    3.2實(shí)驗(yàn)
        3.2.1 電催化劑的制備
        3.2.2 材料表征
        3.2.3 電化學(xué)性能測試
    3.3 結(jié)果與討論
        3.3.1 物相分析
        3.3.2 材料形貌、結(jié)構(gòu)、元素分析
        3.3.3 表面電子結(jié)構(gòu)分析
        3.3.4 電催化性能研究
        3.3.5 鋅-空氣電池性能研究
    3.4 小結(jié)
4 Co_3O_4@NiFe LDH復(fù)合材料的電催化性能調(diào)控及其柔性固態(tài)鋅-空氣電池性能研究
    4.1 引言
    4.2 實(shí)驗(yàn)
        4.2.1 電催化劑的制備
        4.2.2 材料表征
        4.2.3 電化學(xué)性能測試
    4.3 結(jié)果與討論
        4.3.1 物相分析
        4.3.2 材料形貌、結(jié)構(gòu)、元素分析
        4.3.3 表面電子結(jié)構(gòu)分析
        4.3.4 電催化性能研究
        4.3.5 鋅-空氣電池性能研究
    4.4 小結(jié)
5 鎳基LDHs/石墨烯量子點(diǎn)復(fù)合材料的普適合成方法及其電化學(xué)性能研究
    5.1 引言
    5.2 實(shí)驗(yàn)
        5.2.1 電催化劑制備
        5.2.2 材料表征
        5.2.3 電化學(xué)性能測試
    5.3 結(jié)果與討論
        5.3.1 物相分析
        5.3.2 形貌、結(jié)構(gòu)、元素分析
        5.3.3 Raman光譜分析
        5.3.4 表面電子結(jié)構(gòu)分析
        5.3.5 電催化性能研究
        5.3.6 鋅-空氣電池性能研究
    5.4 小結(jié)
6 結(jié)論、創(chuàng)新點(diǎn)與展望
    6.1 結(jié)論
    6.2 創(chuàng)新點(diǎn)
    6.3 展望
參考文獻(xiàn)
附錄
    A.攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文
    B.攻讀博士學(xué)位期間獲獎(jiǎng)情況
    C.學(xué)位論文數(shù)據(jù)集
致謝


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]鋅空氣電池關(guān)鍵問題與發(fā)展趨勢[J]. 洪為臣,馬洪運(yùn),趙宏博,王保國.  化工進(jìn)展. 2016(06)
[2]航天電源技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 楊紫光,葉芳,郭航,馬重芳.  化工進(jìn)展. 2012(06)
[3]軍用無人機(jī)電源技術(shù)進(jìn)展[J]. 石治國.  電源技術(shù). 2012(05)



本文編號：3728664