本文關(guān)鍵詞：二氧化鈦非碳集流體的制備及其在鋰空氣電池中的應(yīng)用研究

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【摘要】：鋰空氣電池的理論能量密度達到了11425 Wh/kg(不包括氧氣),和汽油的能量密度相媲美,是目前為止理論能量密度最大的儲能體系,吸引了全世界科研人員的關(guān)注。因此,研發(fā)高理論比能量的鋰空氣電池,有望解決目前化石燃料的環(huán)境污染、能源短缺等一系列難題。鋰空氣電池中,集流體是其關(guān)鍵的一部分,它主要起到了匯集電流的作用。目前在鋰空氣電池中用的較多的是碳紙集流體,隨著非碳集流體的發(fā)展,泡沫鈦和泡沫鎳逐漸成為科研人員的研究熱點。本文主要研究了二氧化鈦非碳集流體的制備及其在鋰空氣電池中的應(yīng)用。實驗首先探究了制備二氧化鈦納米管的參數(shù)條件,并表征了其基本的物理性能以及電化學(xué)性能。實驗第二部分為優(yōu)化空氣正極,將Ag、Ketjenblack(KB)、KB+Ag三種不同的空氣正極材料超聲噴涂到二氧化鈦納米管的表面制備空氣正極,并通過恒流充放電測試探究了不同的空氣正極材料對鋰空氣電池性能的影響。實驗結(jié)論主要如下:1.本文以泡沫鈦為陽極材料,通過陽極氧化法制備得到二氧化鈦納米管。陽極氧化過程中恒定實驗溫度為50℃,陽極氧化時間為2h。實驗主要探究了在不同電壓參數(shù)條件下,制備得到了不同形貌的納米管結(jié)構(gòu)。SEM的結(jié)果表明,45V電壓條件下制備得到的二氧化鈦納米管形貌完整,相互獨立,基本成圓形或橢圓形。陽極氧化后,對制備的二氧化鈦納米管進行一定的高溫后處理。XRD結(jié)果表明,經(jīng)過高溫煅燒后的二氧化鈦納米管的晶型由煅燒前的無定形態(tài)轉(zhuǎn)變得到銳鈦礦和金紅石兩種晶型。2.本文制備的鋰空氣電池在干燥環(huán)境中測試。以二氧化鈦納米管為空氣正極的集流體,采用超聲噴涂法將Ag、KB、KB+Ag三種不同的空氣正極材料噴涂到集流體的表面制備空氣正極。SEM結(jié)果表明,采用超聲噴涂法,制備得到了我們所需的空氣正極結(jié)構(gòu)。組裝電池后測試結(jié)果表明以KB作為空氣正極材料,制備的鋰空氣電池的性能最佳。電池在0.03 mA/cm2的電流密度條件下,電池的放電容量達到12556.33mAh/g,同時在0.1 mA/cm2電流密度條件下,限制比容量為1000mAh/g,電池循環(huán)了32圈。原因主要在于,以KB做為空氣正極材料,提高了空氣正極的比表面積,得到了與鋰空氣電池的相適應(yīng)空氣正極結(jié)構(gòu),為電池在循環(huán)充放電過程中所產(chǎn)生的副產(chǎn)物提供了充足的存儲空間,保障了氧氣和電解液在正極孔道的擴散,最終提高了電池的性能。采用恰當(dāng)?shù)碾娏髅芏?能使電池更好的發(fā)揮其性能。實驗結(jié)果表明,采用小電流密度時(如0.05mA/cm2),電池在獲得相同容量時所需要的放電時間更長,則暴露在空氣環(huán)境中的時間也更長,外部環(huán)境的二氧化碳和水容易進入到了電池的內(nèi)部,導(dǎo)致負極金屬鋰被腐蝕,從而使反應(yīng)過程中生成許多難以分解的副產(chǎn)物,破壞了電極的穩(wěn)態(tài),最終導(dǎo)致電池的壽命衰減。同時本文將制備的二氧化鈦非碳集流體與泡沫鎳和碳紙集流體組裝電池,進行了電化學(xué)性能的對比。實驗結(jié)果表明,以二氧化鈦納米管作為集流體,電化學(xué)性能的測試結(jié)果最佳。3.鋰空氣電池充放電后,空氣正極的表面覆蓋了很多塊狀的物質(zhì),堵塞了正極的孔道。SEM和XRD的測試結(jié)果表明,正極表面覆蓋的物質(zhì)主要是電池放電過程生成的過氧化鋰,長時間的循環(huán),過氧化鋰不能在充電過程中完全被分解,從而堆積在正極表面的產(chǎn)物越來越多,最終導(dǎo)致正極孔道堵塞,電池失效。
【關(guān)鍵詞】：二氧化鈦納米管 集流體 鋰空氣電池 物理性能 電化學(xué)性能
【學(xué)位授予單位】：深圳大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ134.11;TM911.41
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-11
• 第1章 緒論11-26
• 1.1 課題研究背景11-13
• 1.2 鋰空氣電池的基本原理與分類13-19
• 1.2.1 鋰空氣電池的原理介紹13-15
• 1.2.2 鋰空氣電池的基本分類15-17
• 1.2.3 鋰空氣電池目前面臨的挑戰(zhàn)17-18
• 1.2.4 正極集流體在鋰空氣電池中的作用18-19
• 1.3 鋰空氣電池國內(nèi)外研究現(xiàn)狀19-24
• 1.3.1 鋰空氣電池電解液的研究進展19-20
• 1.3.2 鋰空氣電池正極的研究進展20-22
• 1.3.3 鋰空氣電池集流體的研究進展22-24
• 1.4 本文的選題依據(jù)、研究內(nèi)容以及創(chuàng)新點24-26
• 1.4.1 選題依據(jù)24
• 1.4.2 研究內(nèi)容24-25
• 1.4.3 本文的創(chuàng)新點25-26
• 第2章 實驗材料及其制備方法26-33
• 2.1 主要實驗藥品26-27
• 2.2 實驗主要儀器與設(shè)備27-28
• 2.3 實驗方法28-30
• 2.3.1 陽極氧化法制備二氧化鈦非碳集流體28-29
• 2.3.2 鋰空氣電池空氣正極的制備及電池的組裝29-30
• 2.4 材料表征的主要手段與測試方法30-33
• 2.4.1 X射線衍射儀（XRD）30-31
• 2.4.2 掃描電子顯微鏡（SEM）31
• 2.4.3 比表面測試儀（BET）31
• 2.4.4 電導(dǎo)率測試31-32
• 2.4.5 恒流充放電測試32
• 2.4.6 交流阻抗測試（AC Impedance）32-33
• 第3章 二氧化鈦納米管的制備及其性能的表征33-44
• 3.1 引言33
• 3.2 二氧化鈦納米管的物理性能分析表征33-39
• 3.2.1 掃描電子顯微鏡（SEM） 形貌表征及分析34-36
• 3.2.2 X射線衍射儀（XRD）測試36-37
• 3.2.3 比表面積（BET）測試37-39
• 3.3 二氧化鈦納米管的電化學(xué)性能的表征39-42
• 3.3.1 不同正極集流體的電導(dǎo)率測試39-40
• 3.3.2 電化學(xué)阻抗測試40
• 3.3.3 深度放電容量測試40-42
• 3.4 本章小結(jié)42-44
• 第4章 二氧化鈦非碳集流體（TIO_2 NT）復(fù)合空氣正極的制備及其在鋰空氣電池中的研究44-59
• 4.1 引言44-45
• 4.2 TIO_2 NT非碳集流體復(fù)合不同空氣正極的物理性能分析表征45-48
• 4.2.1 掃描電子顯微鏡（SEM）表征45-47
• 4.2.2 比表面積（BET）表征47-48
• 4.3 TIO_2 NT非碳集流體復(fù)合不同空氣正極的電化學(xué)性能的表征48-53
• 4.3.1 電化學(xué)阻抗測試48-49
• 4.3.2 深度放電容量測試49-52
• 4.3.4 恒流充放電循環(huán)測試52-53
• 4.4 不同集流體復(fù)合KB空氣正極的電化學(xué)性能的表征53-55
• 4.4.1 電化學(xué)阻抗測試54
• 4.4.2 深度放電容量測試54-55
• 4.5 放電產(chǎn)物的表征及分析55-57
• 4.5.1 放電產(chǎn)物的SEM測試55-56
• 4.5.2 放電產(chǎn)物XRD測試56-57
• 4.6 本章小結(jié)57-59
• 第5章 結(jié)論59-61
• 參考文獻61-69
• 致謝69-70
• 攻讀碩士學(xué)位期間的研究成果70

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 羅廣生;黃詩婷;趙寧;崔忠慧;郭向欣;;A superhigh discharge capacity induced by a synergetic effect between high-surface-area carbons and a carbon paper current collector in a lithium oxygen battery[J];Chinese Physics B;2015年08期

2 閆迎利;;貝爾實驗室諾貝爾獎項分析[J];安陽師范學(xué)院學(xué)報;2010年02期

3 陳清泉,孫立清;電動汽車的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J];科技導(dǎo)報;2005年04期

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本文編號：953793