鋅具有較高的比容量（820 mAh g-1）和合適的氧化還原電位（-0.763V vs.SHE）,多種基于鋅負(fù)極的水系鋅電池,諸如鋅-空氣、鋅離子電池吸引了廣泛的研究興趣。無(wú)論是鋅-空氣電池還是鋅離子電池都需要高效的正極材料或催化劑與鋅負(fù)極匹配實(shí)現(xiàn)可逆的充放電過(guò)程用于構(gòu)筑高性能的鋅電池。為了提高鋅電池的能量密度、倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性,在正極材料的設(shè)計(jì)、性能優(yōu)化和機(jī)理研究方面開(kāi)展了兩方面的研究工作,概括如下:（1）針對(duì)鋅-空氣電池中正極催化劑氧還原和析出過(guò)電位較高,傳統(tǒng)貴金屬催化劑價(jià)格昂貴且催化性能單一問(wèn)題,以柔性的碳布為基底,通過(guò)化學(xué)浴沉積的方法在碳布表面原位生長(zhǎng)氧化錳納米片。隨后的高溫?zé)崽幚碇?碳與二氧化錳之間的氧化還原反應(yīng)導(dǎo)致水鈉錳礦型的二氧化錳被部分還原成黑錳礦型的四氧化三錳。同時(shí),納米片逐漸向納米棒結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變,促進(jìn)形成具有豐富表面缺陷的低價(jià)態(tài)氧化錳,從而有助于提高催化性能。以合成的自支撐氧化錳作為正極組裝柔性鋅-空氣電池時(shí),展現(xiàn)出較高的開(kāi)路電壓（1.47V）、優(yōu)越的電壓效率（120次循環(huán)后為62.4%）、較長(zhǎng)的循環(huán)壽命（1.2V工作電壓下為45h）和高比容量（728mAh g-1... 

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖１－１負(fù)荷均衡發(fā)電與需求平衡原理圖

?山東大學(xué)碩士學(xué)位論文???［５］。然而，據(jù)估計(jì)，制造１?ｋＷｈ的鋰離子電池產(chǎn)生了約７５ｋｇ的二氧化碳。相比??之下，利用煤炭發(fā)電產(chǎn)生１?ｋＷｈ的電力只會(huì)產(chǎn)生約１?ｋｇ的二氧化碳，這意味著??鋰離子電池要工作幾百個(gè)周期后才能產(chǎn)生環(huán)境效益［６］。至于經(jīng)濟(jì)成本，鋰資源并??不十分豐富，存在長(zhǎng)期短缺的風(fēng)險(xiǎn)。因此，鋰離子電池在環(huán)境成本和經(jīng)濟(jì)成本方??面遠(yuǎn)不能令人滿(mǎn)意。因此，研究人員從一價(jià)（Ｋ，?Ｎａ）或多價(jià)（Ｍｇ，?Ｃａ，?Ｚｎ，??ＡＩ）元素／陽(yáng)離子的替代電池中尋找機(jī)會(huì)。因?yàn)槎嚯娮愚D(zhuǎn)移過(guò)程能提供更高的能??量密度，采用多價(jià)電荷載體Ｚｎ２＋、Ｍｇ２＇?Ｃａ２＋和Ａｌ３＋的水系電池是非常理想的［７】。??鋅基電池具有以下優(yōu)勢(shì)：??（１）鋅廉價(jià)而且儲(chǔ)量豐富，其質(zhì)量能量密度為８２０ｍＡｈｇ＇體積能量密度??高達(dá)５８５５?ｍＡｈ?ｃｎｆ３，而且氧化還原電位為－０．７６?Ｖ?（ｖｓ?ＳＨＥ），適合在水系環(huán)境??中工作。??（２）中性的無(wú)機(jī)鹽水溶液（例如ＺｎＳＣＵ）可作為電解質(zhì)溶液，大大提高了??鋅離子電池的安全性和循環(huán)穩(wěn)定性。因此，電池的組裝無(wú)需無(wú)水無(wú)氧的條件，方??便了電池的組裝以及后續(xù)的回收過(guò)程。??以上優(yōu)點(diǎn)使得鋅離子電池的研究吸引了廣泛的關(guān)注（圖１－２，表Ｍ）。??Ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ?ｃａｐａｃｉｔｙ??Ａｆｆｏｒｄａｂｉｌｉｔｙ＾＾＾＾＾＾ｆ?Ｒｅｖｅｒｓｉｂｉｌｉｔｙ?ｉｎ??＼?／?ａｑｕｅｏｕｓ?ｍｅｄｉａ??Ｓａｆｅｔｙ?Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ??Ｚｎ?［ＡＷ?｜?Ｎａ?Ｌｉ??圖１－２不同金屬電池的性能對(duì)比圖。??２??

?山東大學(xué)碩士學(xué)位論文???（ａ）??Ｃ）?〇?ｆ??＇爵?鑛??〇Ｍ?｜?廣?°＊＊?ｊ??ＧＯ?ｒＧＯ－ＩＬ?ｒＧＯ－ＩＬ／?Ｍｎ３０４??（的?，Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ??＿。？?Ｅｌ??Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ?ＳｅｐａｒａｔｏｒＣａｔａｉｙｓｔ?Ｐｏｒｏｕｓ?ｃ？ｉｒｂｏｎ??圖１－５?（ａ）氧化石墨烯表面功能化和隨后四氧化三錳納米粒子形成的示意圖。??（ｂ）鋅－空氣電池示意圖與實(shí)際測(cè)試電池的照片。??除了氧化石墨烯納米片，碳納米管也被用作碳基底，來(lái)改善氧化錳催化劑的??導(dǎo)電性。陳忠偉團(tuán)隊(duì)通過(guò)簡(jiǎn)單的將二氧化錳和氮摻雜碳納米管（ＮＣＮＴ）進(jìn)行物??理混合制備了雙功能催化劑。隨后利用掃描電鏡（ＳＥＭ）和透射電鏡（ＴＥＭ）對(duì)二??氧化錳納米管和納米碳管的形貌進(jìn)行了研究。圖ｌ－６ａ，?ｂ清楚地顯示了管狀結(jié)構(gòu)??的ＭｎＯ：和竹節(jié)狀ＮＣＮＴ。根據(jù)ＳＥＭ圖像，Ｍｎ０２納米管的直徑約為１００?ｎｍ，??ＮＣＮＴ直徑約為?２０－５０ｎｍ。Ｍｎ０２納米管的ＸＲＤ圖譜（圖卜５ｃ）證實(shí)了ａ－Ｍｎ０２晶??型（ＪＣＰＤＳ：４４－０１４１），根據(jù)ＸＰＳ分析（圖ｌ－５ｄ），?ＮＣＮＴ的表面氮含量約為４ａｔ．％，??高的氮含量更有利于ＯＲＲ過(guò)程以及在堿性條件下的穩(wěn)定性。該工作將Ｍｎ０２和??ＮＣＮＴ復(fù)合不僅提高了其導(dǎo)電性，復(fù)合催化劑的總體催化活性也有了明顯提高，??展現(xiàn)出比單純Ｍｎ０２或者ＮＣＮＴ更優(yōu)的催化活性。??７??

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Three-dimensional nitrogen and phosphorous Co-doped graphene aerogel electrocatalysts for efficient oxygen reduction reaction[J]. Jizhen Ma,Zhonghua Xiang,Jintao Zhang.  Science China（Chemistry）. 2018(05)



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