鋅--空氣液流電池雙效催化劑的制備及應用.pdf

1、能源是人類社會發(fā)展的基礎和動力。目前，73％的能源都來自石油、煤和天然氣等化石能源。但化石能源儲量有限，并且不可再生。發(fā)展可再生能源利用技術已是刻不容緩。太陽能、風能和潮汐能等再生能源都具有資源豐富的特點。雖然近年來，風能、太陽能、潮汐能等可再生能源的裝機總量在不斷增加，但由于發(fā)電的不穩(wěn)定、不連續(xù)等原因，導致棄風和棄光等問題。從長遠的角度來看，大規(guī)模儲能技術可能是可再生能源發(fā)電不穩(wěn)定、不連續(xù)的最有效經濟方案，也是提高可再生能源發(fā)電利用率

2、的重要手段。
　　鋅-空氣液流電池由于具有能量密度高，安全性好，價格低等優(yōu)勢，成為大規(guī)模高效儲能裝置的首選之一。而在鋅空氣液流電池中，正極氧還原/析出催化劑扮演著舉足輕重的角色，但正極氧還原和氧析出反應動力學緩慢，所以開發(fā)穩(wěn)定、高效的催化劑是研究的重點和難點。本課題通過制備高效、廉價、穩(wěn)定的氧還原/析出雙效催化劑，降低電池成本，提高電池性能，為構建高效的鋅-空液流電池提供可行的方案。本文的主要內容如下:
　　1)以普通碳纖維

3、紙(CFP)為載體，經過強酸處理，產生缺陷。再通過水熱和高溫熱解法，在硫摻雜的碳纖維紙(SCFP)上制備由非晶態(tài)NiSx-FeOy摻雜的具有雙效功能的自支撐氧電極。所制備NiSx-FeOy/SCFP催化劑擁有優(yōu)異的雙效性能，OER只需要0.37V的過電勢即可達到10mAcm-2的電流密度，并且ORR具有與商業(yè)20wt％Pt/C相當?shù)陌氩娢?。把NiSx-FeOy/SCFP直接作為鋅-空氣液流電池的正極并組裝鋅-空氣液流電池，表現(xiàn)出高的充

4、放電性能，并且劇烈地運行110h而沒有性能衰減。
　　2)以東麗碳纖維紙為載體，使用電聚合法把2-氨基-5-巰基-1，3，4-噻二唑（AMT）聚合到碳纖維上。再經過高溫熱解，使之碳化、活化，得到PAMT/CFP。所獲得的PAMT/CFP可以直接作為鋅，空氣液流電池的正極，OER僅需要1.68V的電壓就能達到10mA cm-2的電流密度，ORR也是最好的，ORR半波電位大約在0.68V左右，為雙效催化劑的研究提供了一種新的思路。

5、r>　　3)以富含氮、硫等元素的有機單體，采用Sonogashira-Hagihara耦合反應合成結構與組成可調控的共軛微孔聚合物(CMP)。以共軛微孔聚合物作為前驅體，定向引入高密度、高分散的過度金屬原子，制備氮、硫和過渡金屬多摻雜的碳基催化材料，同時構建豐富的氧還原和氧析出活性位點，測試ORR起始點位只有0.88V，半波電位0.78V，10mA cm-2電流密度對應的電壓是1.68V。研究N、S和Fe、Ni等過度金屬之間的相互作用，

6、設計出性能優(yōu)異的雙效催化劑。
　　4)本研究以碳纖維紙作為載體，采用水熱和高溫熱解法，在硫摻雜的碳纖維紙(SCFP)上制備Fe、Ni共摻雜的具有雙效功能自支撐氧電極，并組裝高效穩(wěn)定鋅-空氣液流電池。然后我們再以東麗碳纖維紙為載體，采用電聚合法和高溫熱解法，在碳纖維表面聚合AMT，制備非金屬雙效氧電極。最后，我們以富含氮、硫等元素的有機單體，采用Sonogashira-Hagihara耦合反應合成共軛微孔聚合物。再向共軛微孔聚合物中