收藏本站

锂—空气电池氧电极催化剂—纳米四氧化三铁及复合材料的制备与性能

【摘要】:随着全球对清洁、安全能源的紧迫需求,可持续发展和低碳经济理念的提出,在很多领域,从便携式电子设备到电动汽车,电池是最有前途的储能装置。作为新一代大容量电池,锂–空气电池由于具有能量密度高(11140 Wh kg-1)、轻便易携带及环境友好等优点,成为现在乃至可预见的未来最具有潜力的清洁能源之一。但由于放电产物会堵塞氧气扩散通道,锂–空气电池的容量受到很大的限制,因此锂–空气电池的实际容量远远小于其理论容量。空气电极是锂–空气电池的核心部分,氧还原反应过程又是影响空气电极性能的关键因素。为了降低氧还原反应的电化学极化,提高锂–空气电池的容量和循环性能,寻找高效催化剂和设计特殊结构空气电极成为目前研究的热点。与其它催化材料相比,过渡金属氧化物Fe_3O_4因其导电性好、高的催化活性、储量大、成本低以及环境友好等优点而受到广泛关注。但是纳米尺寸催化材料因其较高的比表面能,充放电过程中体积形貌变化大,结构不稳定。最常见,也是最有效的解决方法是进行与碳材料复合或设计合适的特殊形貌结构的纳米材料。本文通过采用不同碳源制备Fe_3O_4与碳材料的复合材料及特殊形貌结构的Fe_3O_4纳米材料,旨在寻求高效氧还原催化剂的特殊形貌的制备和改性方案,对所制备的纳米催化剂及其催化的锂–空气电池的电化学性能进行基础研究。主要研究内容和结果如下:(1)通过微乳-溶剂热法制备了狼牙棒状Fe_3O_4纳米催化剂。探讨了PEG-1000的加入量、NaOH的浓度、反应时间和反应温度对产物形貌的影响。提出了狼牙棒状Fe_3O_4纳米晶形成机理。PEG-1000不仅作为软模板,同时还辅助狼牙棒状Fe_3O_4自组装。充放电结果显示,狼牙棒状Fe_3O_4催化的锂–空气电池在50 mA g-1电流密度下,空气环境中的首次放电容量为1427 mAh g-1,具有较低的极化,?E=1.11 V。优异的催化活性归结于纳米棒的独特形态和结构提高了电子传输速率。对充放电终止后的电极表面FT-IR分析发现,空气电极有Li2CO3生成,而不仅仅是能让锂–空气电池完全充电的产物。(2)通过微乳-溶剂热的方法分别制备了片状和新奇塔状Fe_3O_4微/纳米催化剂,讨论了PEG-2000的加入量和NaOH的浓度对产物形貌的影响。随着反应时间的延长,塔状Fe_3O_4纳米晶依次自组装成风车状和花状。电化学性能测试表明,片状和塔状Fe_3O_4催化的锂–空气电池在空气环境中,分别在50 mA g-1和100 mA g-1电流密度下放电比容量分别为1332 mAh g-1和1429 mAh g-1,且倍率性能良好。二维结构的Fe_3O_4纳米片具有较高比表面积,可以得到电解液充分浸润,同时二维结构具有较短的纵向距离,有利于电子快速扩散。(3)微乳-溶剂热法分别制备了空心球形和多孔立方体Fe_3O_4纳米催化剂。运用X射线衍射、扫描电子显微镜、充放电测试、电化学阻抗谱对其结构形貌和电催化性能进行表征。测试结果表明,空心球形Fe_3O_4催化的锂–空气电池在50 mA g-1电流密度下首次放电容量高达1602 mAh g-1,但在空气环境中3周循环后放电容量仅有74.2 mAh g-1。阻抗谱测试表明,限制其放电深度700 mA g-1时,放电后电池阻抗增加幅度明显减小,避免深度放电可以延长电池的寿命。多孔立方体Fe_3O_4催化的空气电池在50 mA g-1电流密度下首次放电容量1263 mAh g-1,且具有较好的倍率性能。空心结构为放电产物提供足够的空间,有效防止空气电极膨胀。孔结构有利于物质输运和离子传导,也为氧化还原反应提供良好的反应场所和更多的活性位点。(4)采用溶剂热法,以葡萄糖为碳源合成了Fe_3O_4/C复合材料。测试结果表明,Fe_3O_4/C复合材料催化的电池的首次放电容量为1516 mAh g-1,比Fe_3O_4催化的电池容量提高516 mAh g-1,放电电压平台和充电电压平台分别比Fe_3O_4催化的电池提高0.01 V和降低0.04 V。电池的性能的提高归结于碳不仅可以提高导电性,降低充放电过程中的极化现象,还可以缓冲催化剂材料体积膨胀,增加材料的结构稳定性,防止充放电过程中催化剂颗粒团聚,进而提高锂–空气电池的性能。(5)采用溶剂热法制备了Fe_3O_4/石墨烯基纳米复合材料,复合材料催化的电池在50 mA g-1的电流密度下空气环境中,首次放电容量高达1638 mAh g-1,且具有高的可逆容量。电池在首次放电过程中放电电压平台为2.72 V,充电电压平台为3.76 V。与Fe_3O_4催化的电池相比,放电平台提高0.09 V,充电平台降低0.02 V。Fe_3O_4/石墨烯纳米复合材料催化的电池的充放电电压差为1.04 V,电池能量效率为72%。复合材料表现出高的催化活性,归因于石墨烯与Fe_3O_4纳米颗粒间的协同作用。此外,石墨烯可以缓冲电化学循环过程中Fe_3O_4纳米粒子产生的体积变化,增强催化剂的结构稳定性和导电性。

下载App查看全文

(如何获取全文? 欢迎:、、)

支持CAJ、PDF文件格式


【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 董震;丁志荣;董文曼;;基于超吸水纤维的电池隔膜的性能研究[J];产业用纺织品;2010年11期
2 ;首条自主产权湿法锂电池隔膜生产线投产[J];中国有色冶金;2013年05期
3 李登科;王丹;;动力锂电池隔膜的技术要求及研究进展[J];浙江化工;2014年05期
4 李峰;;大连振邦自主研制成功纳米纤维锂电池隔膜[J];功能材料信息;2006年06期
5 王从南;经过改进的新型电池隔膜[J];非织造布;2001年04期
6 林化新,衣宝康,李乃朝,曲天锡,张恩浚,孔连英,程英才;用流铸法制备MCFC隔膜的性能研究[J];电化学;1998年04期
7 许景秀,郭秉臣;非织造蓄电池隔膜材料及其工艺介绍[J];国际纺织导报;2002年S1期
8 张俊龙;;电池隔膜 非织造领域的新突破[J];纺织服装周刊;2010年20期
9 刘波,王红卫;丙烯酸等离子体改性电池隔膜用无纺丙纶[J];材料科学与工程学报;2005年05期
10 ;可提高电池功率和容量密度的锂电隔膜[J];精细化工原料及中间体;2009年07期
11 丁军;孔瑛;杨金荣;;均苯型聚酰亚胺锂电池复合隔膜的电化学性能[J];高分子材料科学与工程;2012年12期
12 姜执中;李玉芬;汤树英;;玻璃纤维电池隔膜[J];玻璃纤维;1980年01期
13 刘喜平;电池隔膜套自动成形与装配机[J];山东轻工业学院学报(自然科学版);2001年03期
14 郑宁来;;我国锂电池隔膜专用料研发成功[J];国外塑料;2010年10期
15 刘辅庭;;非织造布在电池隔膜中应用增多[J];非织造布;2013年06期
16 郑宁来;;我国锂电池隔膜专用料研发成功[J];国外塑料;2010年09期
17 谷程秀;日本非织造布电池隔膜的应用[J];产业用纺织品;2000年11期
18 芦长椿;;非织造布在电池隔膜上的应用[J];合成纤维;2013年08期
19 唐致远,荣强,宋世栋,许峥嵘,王岩;金属氢化物-镍电池用隔膜的研究进展[J];现代化工;2003年S1期
20 ;科技信息[J];精细化工原料及中间体;2012年10期
中国重要会议论文全文数据库 前6条
1 满长阵;唐昶宇;江彭;刘昊;黄家伟;梅军;刘焕明;;利用超热氢交联技术改善锂电池隔膜浸润性的研究[A];2013年全国高分子学术论文报告会论文摘要集——主题N:高分子加工与成型[C];2013年
2 孙亚颇;焦晓宁;;新型电池隔膜的研究现状及发展前景[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第2分册)[C];2010年
3 ;加强管理,提高“鱼3—丙”一次电池隔膜的质量——中国电子科技集团公司第十八研究所 第四研究室电池隔膜QC小组[A];2003年度电子工业优秀质量管理小组成果质量信得过班组经验专集[C];2003年
4 高效岳;沈涛;唐琛明;邱德瑜;唐定骧;;Zn-Ni电池的进展[A];中国电池工业协会2002年学术交流会论文集[C];2002年
5 吴耀明;于波;刘宁;王立民;;快充MH-Ni电池AB3型负极合金与隔膜相互匹配的研究[A];第二届中国储能与动力电池及其关键材料学术研讨与技术交流会论文集[C];2007年
6 汪海杰;王志明;;我国阀控式密封铅酸蓄电池用隔板20年发展概述[A];中国电池行业二十年发展历程[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前6条
1 吕慧;锂—空气电池氧电极催化剂—纳米四氧化三铁及复合材料的制备与性能[D];中国矿业大学;2015年
2 闫宇星;非水电解质锂空气一次电池关键影响因素的研究[D];昆明理工大学;2015年
3 陈峭岩;电动汽车电池状态估计及均衡管理研究[D];天津大学;2014年
4 刘思思;二次锂电池锂基负极与电解质界面研究[D];上海交通大学;2012年
5 尹利超;二次锂电池用硫基复合正极材料的研究[D];上海交通大学;2012年
6 门阅;钒电池材料改性对正极电对催化活性及电池性能的影响[D];东北大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 成林;锂电池隔膜关断性能测试系统的研究与设计[D];西安建筑科技大学;2006年
2 胡星;聚烯烃纤维电池隔膜纸结构及成纸性能的研究[D];齐鲁工业大学;2015年
3 何献文;锂—二硫化铁电池的研制[D];天津大学;2004年
4 王夺;镍氢超级电池负极材料的研究[D];长春理工大学;2012年
5 郭自洋;高能量密度锂空气电池的相关研究[D];复旦大学;2014年
6 胡华冲;LiFePO_4/Li_4Ti_5O_(12)电池的研究[D];哈尔滨工程大学;2013年
7 张峰君;Z公司锂电池隔膜产品发展战略研究[D];广西大学;2014年
8 刘波;碱性二次电池隔膜等离子体改性研究[D];苏州大学;2005年
9 史小虎;全钒液流电池电极材料的改性及电池结构的组装优化[D];中南大学;2009年
10 吴红军;高能超铁电池及其电化学性能研究[D];大庆石油学院;2004年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 罗兵;[N];中国高新技术产业导报;2013年
2 山水;[N];中国石化报;2007年
3 本报记者 杨明;[N];中国工业报;2010年
4 记者 张清华 通讯员 崔巍;[N];深圳商报;2010年
5 记者 刘向红;[N];上海证券报;2011年
6 见习记者 覃秘;[N];上海证券报;2011年
7 证券时报记者 谢楠;[N];证券时报;2012年
8 本报记者 赵笛;[N];青岛日报;2012年
9 本报记者 罗兵;[N];中国质量报;2013年
10 本报记者 李香才;[N];中国证券报;2013年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978


{bck}| {bck体育官网}| {bck体育下载}| {bck体育app}| {bck体育}| {bckbet}| {bcksports}| {bck官网}| {bck}| {bck体育官网}| {bck体育下载}| {bck体育app}| {bck体育}| {bck}| {bck体育官网}| {bck体育下载}| {bck体育app}| {bck体育}| {bckbet}| {bcksports}| {bck官网}| {bck}| {bck体育下载}| {bck体育}| {bckbet}| {bcksports}| {bck官网}| {bck}| {bck体育下载}| {bck体育app}| {bck体育}| {bckbet}| {bck体育下载}| {bck体育app}| {bck体育}| {bckbet}| {bcksports}| {bck体育下载}| {bckbet}| {bcksports}| {bck体育官网}| {bck体育下载}| {bck体育app}| {bck体育}| {bck官网}| {bck体育下载}| {bckbet}| {bcksports}| {bck官网}| {bck体育app}| {bck体育}| {bcksports}| {bck官网}| {bck体育下载}| {bck体育}| {bckbet}| {bcksports}| {bck官网}| {bck体育}| {bcksports}| {bck官网}| {bck体育官网}| {bck体育下载}| {bck体育}| {bckbet}| {bcksports}| {bck}| {bck体育官网}| {bck体育下载}| {bck体育app}| {bck体育}| {bckbet}| {bck官网}| {bck}| {bck体育官网}| {bck体育下载}| {bck体育app}| {bcksports}| {bck官网}| {bck}| {bck体育官网}| {bcksports}| {bck体育下载}| {bck体育app}| {bckbet}|
{uc8}| {uc8体育}| {uc8官网}| {uc8老虎机}| {UC8娱乐城}| {uc8彩票}| {uc8}| {uc体育}| {uc8体育}| {UC体育}| {uc8官网}| {uc8老虎机}| {uc8体育}| {UC体育}| {uc8老虎机}| {uc8老虎机}| {UC8娱乐}| {uc8}| {uc体育}| {uc8体育}| {UC体育}| {uc8老虎机}| {uc8彩票}| {uc8}| {uc8体育}| {UC体育}| {uc8官网}| {UC8娱乐}| {UC8娱乐城}| {uc8}| {uc体育}| {uc8体育}| {UC体育}| {uc8官网}| {uc8老虎机}| {UC8娱乐}| {UC8娱乐城}| {uc8}| {uc体育}| {uc8体育}| {UC体育}| {uc8官网}| {uc8老虎机}| {UC8娱乐}| {UC8娱乐城}| {uc8}| {uc体育}| {uc8体育}| {UC体育}| {uc8官网}| {uc8老虎机}| {UC8娱乐}| {uc8彩票}| {uc8}| {uc体育}| {UC体育}| {UC8娱乐城}| {uc8}| {UC体育}| {uc8官网}| {uc8老虎机}| {uc8}| {uc体育}| {uc8体育}| {UC体育}| {uc8官网}| {uc8老虎机}| {UC8娱乐}| {UC8娱乐城}|