学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

锂空气电池过渡金属氧化物催化剂的制备及电化学性能研究

作　者: 周耿
导　师: 张治安
学　校: 中南大学
专　业: 冶金工程
关键词: 锂空气电池催化剂极化过渡金属氧化物
分类号: TQ426
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 143次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

摘要：催化剂是锂空气电池研制的关键问题之一。本文从催化剂的角度,考察了过渡金属氧化物对锂空气电池电化学性能的影响,旨在开发廉价高效的催化剂。本文重点研究了碳纳米管与单一过渡金属氧化物的复合材料、碳纳米管/钴锰氧化物复合材料及Fe2O3纳米片的制备及对锂空气电池的电化学性能影响。物相分析采用了X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)、N2等温吸附脱附、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)等测试手段,电化学表征采用了循环伏安(CV)、线性扫描(LSV)、交流阻抗(EIS)、恒流充放电等一系列的测试方法。得到如下结果：1.单一过渡金属氧化物：采用水热法成功地合成了MnO2/CNTs、 Fe2O3/CNTs、NiO/CNTs、Co3O4/CNTs的复合材料。电化学测试结果表明,放电过程中,MnO2/CNTs材料的放电性能最好,Co3O4/CNTs的充电性能最好。对不同质量比的MnO2/CNTs与Co3O4/CNTs的材料混合进行了深入研究,随着MnO2/CNTs的含量增加,电池的放电性能提高,充电性能有降低的趋势。其中MnO2/CNTs与Co3O4/CNTs的质量比例为3：2时,其电池的充放电过电势最低(△V≈1.5V)。2.碳纳米管/钴锰氧化物复合材料：采用共沉淀法制备了不同钴锰含量的碳纳米管/钴锰氧化物复合材料,产物随钴锰比例的不同发生变化。随着锰含量的提高,电池的放电性能提高,充电性能降低。钴锰比为3：1时的产物极化性能最好(/△V≈1.05V)。放电产物有Li2CO3及Li2O2等物质,说明含碳酸酯类电解液在放电反应中会分解。3.Fe2O3纳米片：水热法合成了结晶良好、形貌均匀的Fe203纳米片,纳米片的直径为90nm左右。Fe2O3纳米片对电池的氧还原过程及氧析出过程的动力学反应有促进作用。电池的充放电性测试表明：Fe2O3纳米片具有极低的充放电过电势(△V≈0.83V),其功率性能及循环性能好,0.4mA/cm2放电时,电池依然保持较高的放电容量,30次循环后电池的容量不衰减。图36幅,表4个,参考文献101篇。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
1 文献综述  10-25
  1.1 引言  10-12
  1.2 锂空气电池概述  12-16
    1.2.1 锂空气电池的原理  12-13
    1.2.2 锂空气电池的发展历程  13-16
  1.3 锂空气电池的优点及面临的挑战  16-17
    1.3.1 锂空气电池的优点  16
    1.3.2 锂空气电池面临的挑战  16-17
  1.4 锂空气电池催化剂的研究  17-23
    1.4.1 锂空气电池催化剂的研究意义  17-18
    1.4.2 锂空气电池催化剂的研究方法  18-20
    1.4.3 锂空气电池催化剂的研究现状  20-23
  1.5 本论文的研究目的和研究内容  23-25
2 实验原料、设备及实验方法  25-32
  2.1 主要实验原料和仪器  25-27
    2.1.1 主要实验原料  25-26
    2.1.2 主要实验仪器  26-27
  2.2 材料的表征手段  27-28
    2.2.1 X射线衍射  27
    2.2.2 扫描电镜  27
    2.2.3 透射电镜  27-28
    2.2.4 红外光谱  28
    2.2.5 N_2等温吸附脱附  28
  2.3 电极的制作及电池组装  28-30
    2.3.1 电池壳钻孔  28-29
    2.3.2 极片制作  29
    2.3.3 点焊  29
    2.3.4 电池的组装测试  29-30
  2.4 电化学测试  30-32
    2.4.1 循环伏安测试  30
    2.4.2 极化曲线测试  30-31
    2.4.3 交流阻抗测试  31
    2.4.4 恒流充放电测试  31-32
3 单一过渡金属氧化物催化剂的制备及其电化学性能  32-41
  3.1 引言  32
  3.2 实验  32-34
    3.2.1 材料的制备合成  32-33
    3.2.2 材料表征  33
    3.2.3 电池组装及电化学性能测试  33-34
  3.3 结果与讨论  34-40
    3.3.1 物相分析  34
    3.3.2 形貌分析  34-35
    3.3.3 单一过渡金属氧化物的放电性能  35-36
    3.3.4 单一过渡金属氧化物的充电性能  36-37
    3.3.5 MnO_2/CNTs与Co_3O_4/CNTs材料混合的影响  37-38
    3.3.6 MnO_2/CNTs与Co_3O_4/CNTs材料混合的循环性能  38-40
  3.4 本章小结  40-41
4 钴锰氧化物催化剂材料的制备及其电化学性能  41-51
  4.1 引言  41
  4.2 实验  41-42
    4.2.1 碳纳米管/钴锰氧化物材料的制备  41-42
    4.2.2 材料表征  42
    4.2.3 电池组装及电化学性能测试  42
  4.3 结果与讨论  42-50
    4.3.1 物相分析  42-43
    4.3.2 形貌分析  43-44
    4.3.3 放电性能分析  44-46
    4.3.4 充电性能分析  46-47
    4.3.5 综合电催化性能  47-48
    4.3.6 循环性能  48-50
  4.4 本章小结  50-51
5 Fe_2O_3纳米片的制备及其催化特性研究  51-60
  5.1 引言  51
  5.2 实验  51-52
    5.2.1 Fe_2O_3纳米片的制备  51
    5.2.2 材料表征  51-52
    5.2.3 电池组装及电化学性能测试  52
  5.3 结果与讨论  52-58
    5.3.1 物相分析  52-53
    5.3.2 形貌分析  53-54
    5.3.3 循环伏安分析  54
    5.3.4 极化曲线分析  54-55
    5.3.5 充放电性能  55-56
    5.3.6 功率性能  56-57
    5.3.7 循环性能  57-58
  5.4 本章小结  58-60
6 结论与展望  60-62
  6.1 论文结论  60-61
  6.2 展望  61-62
参考文献  62-71
攻读硕士学位期间主要研究成果  71-72
致谢  72

锂空气电池过渡金属氧化物催化剂的制备及电化学性能研究

内容摘要

全文目录

相似论文