發(fā)布時間：2024-06-01 20:19

　　可充電鋅空氣電池以其高理論能量密度、安全性、環(huán)保性、低成本等優(yōu)勢,在動力電池、可穿戴電池等領域備受關注。但是,由于充放電時,空氣陰極分別發(fā)生的析氧反應(OER)、氧還原反應(ORR)存在緩慢的動力學進程和很高的過電位,使得鋅空電池實際效率大大降低。為了克服這一問題,設計制備用于催化鋅空電池陰極反應的廉價、穩(wěn)定、高效的ORR/OER雙功能催化劑十分關鍵。本論文基于過渡金屬硫化物、多孔碳載體制備了一系列具備高雙催化活性的復合材料,作為空氣陰極催化劑應用于鋅空電池,并進一步探索了它們在可穿戴式鋅空電池器件中的應用。(1)制備了一種由單分散Co(Ni)₉S₈雙金屬硫化物納米顆粒包埋于N,S共摻雜的多孔碳三維復合材料(Co-Ni-S@NSPC)。由于Co(Ni)₉S₈的晶格缺陷,碳基質中N、S原子摻雜,以及大比表面積分級多孔結構等多種因素的協(xié)同作用,Co-Ni-S@NSPC展現了良好的雙催化性能:0.1 M KOH中,催化ORR反應的半波電位、極限電流(0.2 V)分別為0.82 V、5.23 mA cm

【文章頁數】：158 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖1.1幾種常見電池、金屬空氣電池、氫燃料電池以及汽油的理論、實際能量密度的比較[12]

第一章緒論2均為貴金屬催化劑，價格昂貴、資源稀缺，難以推廣使用[18,19]。而近些年的研究中，雜原子摻雜碳材料、金屬化合物、金屬摻雜碳基材料等復合材料在電化學氧反應中均表現了優(yōu)秀的催化活性[20]。因此，開發(fā)廉價高催化活性的非貴金屬材料作為陰極催化劑，取代貴金屬催化劑，是目前可....

圖1.2可充電鋅空電池結構圖示[26]

安徽大學博士學位論文3為常見的可充電鋅空電池。如圖1.2所示，可充電鋅空電池由鋅電極、空氣電極、電解液和分離隔膜組成。金屬鋅陽極與空氣陰極發(fā)生氧化還原反應，產生電流。電池的不同組成要素對電池性能產生不同的影響：Zn陽極材料影響電池的比容量和充放電次數，電解液對電子傳輸能力產生影響....

圖1.3（a）鋅陽極在循環(huán)過程中的失效機理；（b）減少鋅枝晶生長和遷移的三種方法：采用高表面積多孔鋅結構，將鋅封閉在3D導電基體材料中和直接使用絕緣層進行物理抑制[27]

安徽大學博士學位論文5M.A等[29]將納米鋅酞菁（ZnPc）加入聚苯胺基質（PANI）形成新型納米復合材料（PANI@ZnPc）用于鋅空電池，提高了陽極材料的電導率，且電極防護性能提高了22.9%；第三種途徑是直接使用絕緣體對Zn進行物理抑制/抑制，如Schmid等[30]在Z....

圖1.4（a）空氣陰極示意圖，（b）氣體擴散層形貌，（c）催化劑層形貌[40]

安徽大學博士學位論文7催化劑層和集流體組成，氣體擴散層便于反應中O2的遷移，催化劑層作為活性反應層參與催化ORR/OER，集流體用于電子傳輸[39]。圖1.4（a）空氣陰極示意圖，（b）氣體擴散層形貌，（c）催化劑層形貌[40]Figure1.4(a)Diagramoftheai....

本文編號：3986407