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碳化钼纳米晶的可控制备及其在锂氧气电池中电化学性能的研究

【摘要】:随着经济的发展和人口数量的增多,人类对化石能源的消耗不断增加,化石能源作为典型的不可再生能源,早晚会枯竭,且其燃烧也会造成环境污染,导致环境问题日益加剧,目前,开发环境友好的新型能源是当今科研工作者的研究重点。因此,研发环境友好的高性能的能源转化与存储设备变得尤为重要。锂氧气电池理论比能量为11400 Wh/kg,与汽油相当,成为极具有发展潜力的新型储能设备。近年来,非碳氧气电极材料因其可以有效地避免碳材料常见的副反应的发生,提高了锂氧气电池的电化学性能等优势,吸引了很多科研工作者的研究兴趣。本论文首先采用简单液相法制备纳米片状的M02C,大小为200-300nm。将其直接用作锂氧气电池非碳氧气电极材料,以1 M LiClO4/DMSO为电解液组装成锂氧气电池。在限制充放电比容量为300 mAh/g,电流密度为100 mA/g的条件下,电池的首次循环过电势为0.62 V,明显低于以传统碳材料—-Super P作为氧气电极组装成电池的首次循环过电势(1.33V)。然而电池的循环性能和倍率性能不尽如人意,这可能是因为材料自身纳米片间堆叠过于紧密,不利于放电产物Li202的存储、02的扩散和电解液的充分浸润。我们又通过模板法制备具有介孔结构的M02C纳米管,纳米管的直径约为300 nm,比表面积为193.4 m2/g,孔径分布为3-30 nm。将其用作锂氧气电池非碳氧气电极材料,以1 M LiClO4/DMSO为电解液组装成锂氧气电池。在限制充放电比容量为500 mAh/g,电流密度为100 mA/g的条件下,电池首次循环电池过电势为0.46 V,比用M02C纳米片作为氧气电极组装成电池的首次循环过电势低0.16 V。当电流密度分别为100、200和300 mA/g时,电池均可稳定循环30圈,表现了良好的循环性能和倍率性能。可见,与纳米片状M02C相比,纳米管状M02C电化学性能明显的提高。这归功于M02C纳米管特殊的孔道结构,其有利于放电产物Li202的存储、电解液的充分浸润以及02的扩散。

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