本文關(guān)鍵詞：以花粉為模板的鋰空氣電池多孔碳電極材料的制備及其性能研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：鋰空氣電池尤其是非水系電解質(zhì)鋰空氣電池具有可與內(nèi)燃機(jī)相媲美的理論能量密度而成為近十多年來國內(nèi)外學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界研究的焦點,是未來大容量純電動汽車潛在的動力電源技術(shù)之一,被認(rèn)為是未來能源技術(shù)的發(fā)展方向。但是,由于理論研究的不完善以及諸多的制約因素,使得鋰空氣電池實際能量密度遠(yuǎn)低于理論能量密度,限制了其實際性能的提升。空氣電極是影響鋰空氣電池充放電性能的主要因素之一,多孔碳素材料是決定空氣電極性能的關(guān)鍵。理論上講,空氣電極多孔碳材料應(yīng)該滿足：能夠提供足夠的孔隙及通道,以供氧氣的快速擴(kuò)散；材料本身具有良好的導(dǎo)電性；最好具有高的比表面積為電化學(xué)反應(yīng)提高更多的反應(yīng)活性位點；快速的離子傳導(dǎo)性；大孔體積所占比重越大,有利于獲得更高的比能量。因此,本文旨在構(gòu)建一種孔隙結(jié)構(gòu)易控、比表面積大、電化學(xué)性能優(yōu)的多孔碳材料。本文采用原位聚合法在酸性條件下合成出了具有球形結(jié)構(gòu)的花粉/聚苯胺復(fù)合材料,對制備得到的復(fù)合材料進(jìn)行了物理表征及電導(dǎo)率測試,研究了溶劑中無水乙醇的含量與合成溫度對復(fù)合材料形貌及電導(dǎo)率的影響；采用常規(guī)氣氛焙燒對上一步優(yōu)化工藝的復(fù)合材料進(jìn)行炭化處理,對炭化后的多孔碳電極材料進(jìn)行了物理表征并將其作為鋰空氣電池的正極材料組裝成扣式鋰空氣電池測試其電化學(xué)性能,研究了炭化溫度對多孔碳材料的表面形貌、比表面積與孔結(jié)構(gòu)以及電化學(xué)性能的影響；采用微波燒結(jié)的方式對復(fù)合材料在上一步最佳焙燒溫度下進(jìn)行炭化處理,對炭化后的多孔碳電極材料進(jìn)行了物理表征并將其作為鋰空氣電池的正極材料組裝成扣式鋰空氣電池測試其電化學(xué)性能,研究了微波燒結(jié)升溫速率對多孔碳材料的表面形貌比表面積與孔結(jié)構(gòu)以及電化學(xué)性能的影響,研究結(jié)果如下：(1)合成溫度對復(fù)合材料的形貌和電導(dǎo)率都有明顯的影響,溫度越高,材料出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象越嚴(yán)重；5℃合成材料的電阻率為429.77Ω·cm,60℃合成的材料這一值太高超出儀器測量范圍,溫度升高材料導(dǎo)電性變差。溶劑中無水乙醇的含量對HF/PANI復(fù)合材料表面形貌的影響不明顯,無水乙醇含量從零升高至20wt%,復(fù)合材料的電阻率從429.77Ω·cm升高至1719.08Ω·cm,導(dǎo)電性能明顯變差；(2)常規(guī)氣氛焙燒在不同溫度下得到的電極材料,都保持了原復(fù)合材料的球形結(jié)構(gòu),均為微孔結(jié)構(gòu)；950℃下焙燒的材料具有更高的比表面積、更大的平均孔徑與孔容,其中比表面積為876.912m2.g-1,平均孔徑為1.113nm,孔容為0.488cm3.g-1。電化學(xué)測試表明,950℃下焙燒的電極材料具有更高的首次放電比容量和更好的循環(huán)性能,電流密度50mA.g-1下首次放電容量為5659.5mAh.g-1,循環(huán)10次后仍有112.6mAh.g-1的比容量；1200℃焙燒的電極材料的首次放電比容量為3972.7mAh.g-1,循環(huán)7次后電池結(jié)束放電。(3)微波燒結(jié)對材料具有致密化的作用,材料出現(xiàn)一定程度的團(tuán)聚現(xiàn)象,均為介孔結(jié)構(gòu)；以10℃/min與20℃/min的升溫速率微波燒結(jié)的電極材料平均孔徑分別為3.527nm與3.443nm,但是比表面積與孔容都非常小,分別只有8.960m2g-1與0.0158 cm3g-1以及9.812m2g-1與0.0169cm3g-1。電化學(xué)性能研究表明,二者具有相當(dāng)?shù)氖状畏烹姳热萘恳约把h(huán)性能。在電流密度為50mA.g-1下升溫速率為10℃/min微波燒結(jié)的電極材料的首次放電比容量為774.7mAh.g-1,升溫速率為20℃/min微波燒結(jié)的電極材料的首次放電比容量為900.8mAh.g-1,在循環(huán)6次后同時放電終止。
【關(guān)鍵詞】：鋰空氣電池 花粉/聚苯胺復(fù)合材料 多孔碳 電化學(xué)性能
【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ127.11;TM911.41
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第一章 緒論13-35
• 1.1 引言13-15
• 1.2 鋰空氣電池的工作原理及分類15-23
• 1.2.1 水系鋰空氣電池16-17
• 1.2.2 有機(jī)體系鋰空氣電池17-20
• 1.2.3 水系-有機(jī)混合體系鋰空氣電池20-22
• 1.2.4 固態(tài)體系鋰空氣電池22-23
• 1.3 鋰空氣電池面臨的挑戰(zhàn)23-24
• 1.4 鋰空氣電池研究現(xiàn)狀及進(jìn)展24-32
• 1.4.1 多孔碳電極材料24-27
• 1.4.2 催化劑27-30
• 1.4.3 電解液30-31
• 1.4.4 隔膜31-32
• 1.5 本文的選題依據(jù)及主要研究內(nèi)容32-35
• 1.5.1 選題依據(jù)32-33
• 1.5.2 主要研究內(nèi)容33-35
• 第二章 實驗材料與方法35-47
• 2.1 實驗材料與儀器設(shè)備35-37
• 2.1.1 實驗化學(xué)試劑35-36
• 2.1.2 實驗儀器設(shè)備36-37
• 2.2 實驗方法37-38
• 2.2.1 花粉/聚苯胺(HF/PANI)復(fù)合材料的制備37-38
• 2.2.2 碳電極材料的制備38
• 2.3 電極片的制作及鋰空氣電池的組裝38-41
• 2.3.1 電極片的制作38-39
• 2.3.2 鋰空氣電池的組裝39-41
• 2.3.3 電池的測試參數(shù)設(shè)置41
• 2.4 材料的表征方法41-43
• 2.4.1 X射線衍射分析(XRD)41-42
• 2.4.2 掃描電子顯微鏡(SEM)42
• 2.4.3 比表面積及孔結(jié)構(gòu)分析42-43
• 2.4.4 熱重分析(TG)43
• 2.4.5 紅外光譜分析(IR)43
• 2.5 電導(dǎo)率測試43
• 2.6 電導(dǎo)率的推算43-45
• 2.7 恒流充放電測試45
• 2.8 電池比容量的計算45-47
• 第三章 花粉/聚苯胺(HF/PANI)復(fù)合材料合成工藝的優(yōu)化47-59
• 3.1 引言47-48
• 3.2 原材料的表征48-50
• 3.2.1 形貌表征48
• 3.2.2 XRD分析48-49
• 3.2.3 紅外光譜分析49-50
• 3.3 合成溫度對HF/PANI復(fù)合材料導(dǎo)電性能的影響50-53
• 3.3.1 HF/PANI復(fù)合材料的制備50
• 3.3.2 形貌分析50-51
• 3.3.3 電導(dǎo)率測試51-53
• 3.4 無水乙醇的含量對HF/PANI復(fù)合材料導(dǎo)電性能的影響53-57
• 3.4.1 HF/PANI復(fù)合材料的合成54
• 3.4.2 形貌分析54-56
• 3.4.3 紅外光譜分析56
• 3.4.4 電導(dǎo)率測試56-57
• 3.5 本章小結(jié)57-59
• 第四章 多孔碳電極材料的常規(guī)燒結(jié)制備及其作為鋰空氣電池電極材料的性能研究59-71
• 4.1 引言59
• 4.2 焙燒溫度的確定59-60
• 4.3 焙燒溫度對多孔碳電極材料性能的影響60-68
• 4.3.1 形貌分析61-62
• 4.3.2 EDX分析62-63
• 4.3.3 比表面積及孔結(jié)構(gòu)分析63-65
• 4.3.4 電池的充放電測試65-66
• 4.3.5 不同電流密度下放電性能測試66-67
• 4.3.6 電池的循環(huán)性能測試67-68
• 4.4 本章小結(jié)68-71
• 第五章 多孔碳電極材料的微波燒結(jié)制備及其作為鋰空氣電池電極材料的性能研究71-81
• 5.1 引言71
• 5.2 升溫速率對多孔碳電極材料性能的影響71-78
• 5.2.1 形貌分析72-73
• 5.2.2 EDX分析73
• 5.2.3 比表面積及孔結(jié)構(gòu)表征73-75
• 5.2.4 恒流放電性能測試75-76
• 5.2.5 電池的循環(huán)性能測試76-78
• 5.3 本章小結(jié)78-81
• 第六章 研究結(jié)論與展望81-85
• 6.1 結(jié)論81-82
• 6.2 創(chuàng)新點82
• 6.3 展望82-85
• 致謝85-87
• 參考文獻(xiàn)87-95
• 附錄 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文95

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