bck

收藏本站

水系二硼化钒空气电池的机理与性能研究

【摘要】:水系二硼化钒(VB_2)空气电池是目前已知的具有最高理论比容量(4060 m Ah g~(-1))的一次电池,其理论放电电位为1.55 V。基于对水和空气稳定的阳极活性物质VB_2,该电池还具有良好的环境适应性及高安全性。因此,VB_2-空气电池具有极佳的商业应用潜力。但目前关于该体系的报道较少,对于阳极电化学反应机制及主要问题还没有足够的认知,对于高倍率(≥250 m A g~(-1))下的放电性能也没有相应的研究。本文针对VB_2-空气电池的工作机理以及材料与电池性能的优化开展了以下相关的研究工作。为了设计出行之有效的放电性能优化策略,我们首先开展了关于阳极电化学反应机制及性能主导因素的研究。采用三电极装置测试了以VB_2膜电极为工作电极的开路电势-时间曲线以及阳极极化曲线。依据在两种曲线测试过程中电解池反应体系的颜色变化,结合相应阶段的溶液拉曼光谱分析以及放电后工作电极膜的XRD和XPS分析结果,我们归纳总结出合理的新阳极电荷转移反应机制以及产物离子在溶液中的化学变化过程。随后在新机制指导下,继续开展了阳极钝化机制的研究。通过恒流放电过程中的原位阻抗分析以及不同测试起始条件的阳极极化曲线分析,判定VB_2电极在电池静置及放电期间其表面不会产生钝化层。因此,排除了钝化造成电池极化及库伦效率低的可能。为了明确影响阳极性能的真正因素,我们从新机制中涉及的反应物质出发,分别研究了OH~-离子浓度和VB_2膜面积及面密度等因素。结果表明,随着OH~-浓度和VB_2与电解液的接触面积增加,VB_2的氧化溶解速率明显增加,阳极电位也显著负移。此工作一定程度上揭示了VB_2-空气电池的工作原理并为放电性能改善工作提供了策略依据。新的阳极放电机制表明VB_2的氧化放电必须要有OH~-离子的参与才能发生。基于此,我们设计了具有两性离子性的聚多巴胺(PDA)包覆VB_2的策略。PDA膜包含丰富的胺基和酚羟基,在特定p H范围内对阳离子和阴离子分子表现出完全不同的渗透性。在高p H下,PDA膜呈现负电性,排斥阴离子,可透过阳离子;而在低p H下,膜具有正电性,排斥阳离子,可透过阴离子。基于此特性,我们采用PDA包覆层实现在电池储存期间,抑制氢氧根离子与VB_2接触,避免腐蚀反应的发生。VB_2粉体腐蚀实验结果显示,包覆PDA后粉体的腐蚀率降低了10%。在电池放电过程中,阳极附近的OH~-离子会被电极反应迅速消耗掉,从而降低PDA膜附近溶液的p H值。尽管OH~-离子可以持续向阳极扩散,但是阳极正在快速进行的放电反应会导致OH~-离子的持续消耗,始终保持动态平衡状态。结果,PDA膜表现为正电性,并在放电期间持续吸引OH~-离子进入VB_2表面参与反应。额定容量325 m Ah的软包电池以250 m A g~(-1)电流密度进行放电,VB_2@PDA阳极电池的库伦效率可达86.3%,比未包覆时高18.7%,并且两种阳极电池的放电电位基本一致。因此,PDA包覆VB_2粉体颗粒是一种高效的抑制腐蚀策略。基于阴离子导体的实验思路,我们进一步设计了层状双氢氧化物(Fe Ni-LDH)修饰VB_2颗粒的策略。研究表明,LDH材料可以通过“Grotthuss机制”传导OH~-离子,即羟基离子通过快速的氢键形成和裂解沿着吸附的水分子和氢氧化物主体层传输。通过在VB_2表面原位生成一层LDH层,作为传输OH~-离子的通道,保证阳极电荷转移反应的正常进行,同时抑制去极化剂H~+离子的进入以避免自放电,从而提高电池的放电效率。经过Fe Ni-LDH包覆,VB_2粉体的利用率得到提高,在500 m A g~(-1)放电条件下电池的放电比容量达到2750 m Ah g~(-1),比未包覆时提高了700 m Ah g~(-1)。因此,采用具有传导OH~-离子能力的层状双氢氧化物可以有效地提高VB_2-空气电池的阳极效率。包覆策略使VB_2-空气电池在高倍率放电条件下的阳极效率得到了极大改善,但电池的实际放电电位与理论值相差较大。虽然VB_2纳米化等措施能在一定程度上降低阳极极化,但仍不能解决全电池存在的极化问题。为此,我们开展了阴极ORR催化剂的研究以提高阴极反应动力学,降低阴极极化。基于碳基材料催化剂的特点,本文设计了以强氧化性的高锰酸钾刻蚀碳纳米管的策略。这种刻蚀过程不仅可以在碳纳米管上产生缺陷以及高活性的边缘碳电子,而且还引入了Mn O_2掺杂。使用刻蚀后的碳纳米管直接作为正极的导电剂和催化剂,VB_2-空气电池的放电电位基本接近以贵金属Pt为催化剂的电池放电电位,较好地改善了电池放电的极化问题并降低了成本。

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15条
1 郭建伟;;本本电池拔与不拔的探讨[J];电脑知识与技术(经验技巧);2016年02期
2 朱盛榕;;可在30 s内充电的混合水溶液电池[J];热能动力工程;2018年10期
3 立;;科学家研制出新型流电池 可多储存10倍电量[J];福建轻纺;2016年01期
4 ;如何补救移动设备电池未完全激活[J];电脑爱好者;2011年04期
5 Charles H Small;;电池在向新的应用和化学领域延伸[J];电子设计技术;1995年05期
6 ;《电池快讯》(月刊)已出版380期 欢迎投稿 欢迎阅读[J];电池;2020年06期
7 王佳骏;;通信电池在线检测技术在通信电池巡检中的应用[J];通信电源技术;2019年12期
8 王军;于月琴;沈颖杰;杨跃华;陆斌斌;;某纯电动低速车的电池箱设计与分析[J];电池工业;2019年05期
9 王清宇;李军;;锂电池荷电状态估算方法研究[J];装备机械;2019年04期
10 陈三仔;;锂电池负极材料的研究进展及展望分析[J];科技风;2020年03期
11 薛雪;陈梅;孙友;彭叶凡;王秋越;谭蕾;;电池的热力学研究及探索[J];云南化工;2020年01期
12 朱明海;吴战宇;黄毅;周寿斌;姜庆海;;浅析梯次锂电池在太阳能路灯中的应用[J];太阳能;2020年02期
13 张明;;爆炸痕迹中电池碎片的研究[J];广东公安科技;2019年04期
14 程宏宇;倪志聪;李雪;;过渡金属硫化物在锂硫电池中的应用[J];云南化工;2020年03期
15 周文俊;;全树脂电池:它与新能源汽车更配[J];广州化工;2020年05期
中国重要会议论文全文数据库 前20条
1 杨朵;刘畅;汪玉洁;陈宗海;;基于MATLAB/Simulink的动力锂电池的建模与仿真的研究[A];第17届中国系统仿真技术及其应用学术年会论文集(17th CCSSTA 2016)[C];2016年
2 冯金奎;安永灵;;不可燃钠离子电池电解液[A];第31届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2015年
3 ;芬兰公司研制的超薄纸质电池受到关注[A];福建省科协第七届学术年会能源分会专刊[C];2007年
4 付颖达;唐有根;宋永江;胡菁;;混合动力车用铅酸超级电池的研究[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第7分册)[C];2010年
5 钱德祥;;国外电池理化剖析程序[A];第五届华北、东北地区理化会议论文集[C];1993年
6 张益宁;张华民;;中科院大连化学物理研究所高比能锂电池研发进展[A];第30届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2013年
7 张胜涛;王林;韩涟漪;唐燕秋;;废弃电池的危害及其回收利用[A];全国电池无汞化技术交流会论文集[C];2001年
8 李磊;吴朝鲁门;;基于全氟聚合物电解质的锂-氧电池[A];中国化学会第30届学术年会摘要集-第三十分会:化学电源[C];2016年
9 叶建川;郑明森;董全峰;;氮掺杂空心碳球在钠离子电池负极的应用[A];中国化学会第30届学术年会摘要集-第三十分会:化学电源[C];2016年
10 李驰麟;;探索新型氟基结构原型和转换反应体系:从锂电池到钠/镁电池[A];第三届全国储能科学与技术大会摘要集[C];2016年
11 王峰;李茂德;;电池热效应分析[A];第二十八届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2009年
12 田艳艳;武巍;杨勇;;非水体系锂氧电池氧电极的研究[A];中国化学会第27届学术年会第10分会场摘要集[C];2010年
13 王松蕊;卢立丽;刘兴江;;锂离子电池正极材料对电池热行为的影响[A];第29届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2011年
14 吴翔;张锡江;孟国军;刘广安;;纳米碳在电池中的应用研究[A];2004年中国纳米技术应用研讨会论文集[C];2004年
15 毕道治;;混合动力车电池的发展[A];2006中国动力电池高层论坛论文集[C];2006年
16 陈红雨;;我国电池及电池材料工业的节能减排技术[A];2008全国功能材料科技与产业高层论坛论文集[C];2008年
17 陈剑;;锂硫电池关键技术研究进展[A];第五届全国储能科学与技术大会摘要集[C];2018年
18 叶华林;王叶云;李彦光;;高性能铁基钠离子全电池[A];中国化学会第30届学术年会摘要集-第三十分会:化学电源[C];2016年
19 张小龙;张帆;仝学峰;季必发;圣茂发;唐永炳;;新型铝-石墨双离子电池的研究进展[A];中国化学会第30届学术年会摘要集-第四十二分会:能源纳米材料物理化学[C];2016年
20 李诺;姚送送;韩凯;;基于极性与非极性功能化隔膜设计实现高性能锂硫电池[A];2017年锂硫电池前沿学术研讨会论文摘要文集[C];2017年
中国博士学位论文全文数据库 前20条
1 王凡奇;水系二硼化钒空气电池的机理与性能研究[D];中国科学院大学(中国科学院上海硅酸盐研究所);2020年
2 冷利民;锂/空气电池关键材料的制备及其性能研究[D];华南理工大学;2016年
3 范海燕;新型镁硫电池电解质的设计、合成及表征[D];中国科学技术大学;2020年
4 罗海灵;机械滥用下的锂离子软包电池结构失效机理与建模研究[D];清华大学;2018年
5 曹余良;锌空电池体系发展的若干应用基础和制备技术研究[D];武汉大学;2003年
6 杨阳;退役锂电池梯级利用、容量衰减及回收流程研究[D];湖南大学;2019年
7 訾威;柔性电池的陷光及理论模拟研究[D];陕西师范大学;2016年
8 李鹏发;钴基金属复合氧化物催化剂的制备及其在锂空气电池中的应用研究[D];北京理工大学;2015年
9 张永亮;甲烷燃料可逆固体氧化物电池性能及稳定性优化研究[D];清华大学;2019年
10 冯雪松;大规模电池群组现场环境数据挖掘、建模与应用研究[D];电子科技大学;2020年
11 李静;掺杂多孔碳基催化剂的制备及其在锂-氧电池中的应用研究[D];华南理工大学;2019年
12 王乐莹;多孔炭在铅炭电池负极中的作用机制研究[D];北京科技大学;2017年
13 袁双;低维纳米材料的设计、制备及其钠离子电池性能研究[D];吉林大学;2015年
14 李光华;几种非贵金属催化剂的制备及其在锌—空气电池中的应用[D];东南大学;2015年
15 王伟;钛氧化物作为锂/钠离子电池负极材料的基础研究[D];北京科技大学;2016年
16 雷天宇;微纳结构的界面调控对锂硫电池电化学性能的影响[D];电子科技大学;2020年
17 董汉成;卫星电源电池健康状态诊断方法研究[D];哈尔滨工业大学;2015年
18 王国卿;高比能量密度锰基复合材料在锂电池中的应用研究[D];浙江大学;2016年
19 刘晓红;考虑电池衰减特性的插电式混合动力系统能量管理策略研究[D];北京理工大学;2014年
20 张成俊;电池化成设备的大规模柔性化控制技术研究[D];华中科技大学;2014年
中国硕士学位论文全文数据库 前20条
1 刘双全;锂电池自放电检测技术的研究与应用[D];哈尔滨理工大学;2014年
2 张萌启;三元锂电池过充热失控特性与探测方法研究[D];华侨大学;2020年
3 李珺凯;梯次利用动力锂电池建模研究[D];安徽师范大学;2020年
4 吕承阳;梯次利用电池状态评估方法研究[D];中国矿业大学;2020年
5 王媛;锂电池智能充电分析与监控系统研究[D];华东理工大学;2017年
6 崔麟;锌空电池的工业设计—热控、流体控制及循环再生[D];中国科学技术大学;2016年
7 耿海洲;电动汽车电池管理系统设计及电池健康状态估算[D];天津大学;2014年
8 吕浩天;锂电池火灾爆炸原因分析与控制措施研究[D];华南理工大学;2016年
9 李明飞;锂电池化成参数的检测与估计技术研究[D];电子科技大学;2015年
10 苑倩;锂电池参数采集与综合管理[D];河北工业大学;2015年
11 贾园园;锂电池在线监测及充电管理[D];华中师范大学;2013年
12 韩华胜;大容量锂电池化成检测系统硬件设计与实现[D];电子科技大学;2012年
13 郭蕾;分布式锂电池化成检测远程控制管理系统的设计与实现[D];电子科技大学;2012年
14 刘彦良;车用动力电池安全性预测[D];大连理工大学;2020年
15 刘甲强;锂空气电池性能试验及阴极反应路径分析[D];沈阳建筑大学;2019年
16 孙志昆;基于粒子群算法锂电池充电策略的研究[D];重庆交通大学;2019年
17 黄干;18650锂电池自动检测线研发及关键部件研究[D];浙江大学;2017年
18 成霞;锂电池化成质量评估及智能筛选系统设计与实现[D];电子科技大学;2015年
19 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
20 张灯;锂空气电池的基础研究[D];复旦大学;2010年
中国重要报纸全文数据库 前20条
1 王迅;[N];中国有色金属报;2018年
2 文言;[N];中国有色金属报;2018年
3 海港;[N];中国有色金属报;2014年
4 冯维维;[N];中国科学报;2019年
5 本报记者 樊桐杰;[N];中国能源报;2020年
6 鲁捷;[N];中国科学报;2014年
7 本报记者 彭科峰;[N];中国科学报;2014年
8 王岩;[N];中国国门时报;2021年
9 徐锐;[N];中国科学报;2021年
10 记者 姜泓;[N];西安日报;2020年
11 三石;[N];消费日报;2019年
12 本报记者 姚雪青;[N];人民日报;2019年
13 经济日报·中国经济网记者 郭静原;[N];经济日报;2019年
14 本报记者 陈学谦;[N];中国改革报;2020年
15 本报记者 黄珮;[N];中国能源报;2020年
16 记者 刘海英;[N];科技日报;2020年
17 记者 权小星;[N];第一财经日报;2020年
18 本报记者 张枕河;[N];中国证券报;2019年
19 林宁;[N];电脑报;2020年
20 江西 易建勇;[N];电子报;2020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}|