尖晶石型鋰空氣電池電化學(xué)催化劑的制備及其性能研究.pdf

1、蘇州大學(xué)學(xué)位論文獨(dú)創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所提交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不含其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果，也不含為獲得蘇州大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位證書(shū)而使用過(guò)的材料。對(duì)本文的研究作出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人承擔(dān)本聲明的法律責(zé)任。論文作者簽名：塞塵查!絲日期：蘭!生∑魚(yú)一尖晶石型鋰空氣電池電化學(xué)催化劑的制備及其性能研宄摘要摘要當(dāng)前

2、世界范圍內(nèi)正在經(jīng)歷新型能源體系變革，其主要內(nèi)容是將新型可再生能源取代以化石能源為基礎(chǔ)的能源體系，實(shí)現(xiàn)由不可持續(xù)的現(xiàn)代工業(yè)文明向未來(lái)可持續(xù)的生態(tài)文明過(guò)渡，最終實(shí)現(xiàn)人類(lèi)社會(huì)與地球生物圈循環(huán)規(guī)律有機(jī)融合。在所有開(kāi)發(fā)的新型儲(chǔ)能設(shè)備中具有高理論能量密度的鋰空氣電池，引起了人們的廣泛關(guān)注。但是在鋰空氣電池運(yùn)行中陰極氧氣還原反應(yīng)(ORR)動(dòng)力學(xué)緩慢，會(huì)造成過(guò)電勢(shì)損失，導(dǎo)致電池的實(shí)際能量密度與理論密度相差大，循環(huán)壽命短。研究發(fā)現(xiàn)通過(guò)使用催化劑可以降低反

3、應(yīng)活化能，減小電化學(xué)極化程度，進(jìn)而提高鋰空氣電池的實(shí)際能量密度。在現(xiàn)在已知的催化劑中貴金屬有很好的催化活性，特別是Pt類(lèi)催化劑，但是由于貴金屬資源匱乏、價(jià)格昂貴，阻礙了其在電化學(xué)催化中的廣泛應(yīng)用。所以研發(fā)具有高催化活性的非貴金屬催化劑是推動(dòng)錘空氣電池商業(yè)化的關(guān)鍵。本論文選擇化學(xué)穩(wěn)定性好、價(jià)格便宜同時(shí)具有較高催化活性的尖晶石氧化物作為研究對(duì)象，使用酵母細(xì)胞和細(xì)菌纖維素作為模板和碳源，制備具有高催化活性和催化穩(wěn)定性的CoFe204和碳復(fù)合催

4、化劑，另外使用Li離子和Mn2離子分別作為雜質(zhì)離子對(duì)NiC0204進(jìn)行摻雜，提高其催化活性。研究的主要內(nèi)容和取得的結(jié)果如下：(1)使用酵母細(xì)胞作碳源，通過(guò)化學(xué)沉淀法制備具有介孔結(jié)構(gòu)的CoFe204／Co／C復(fù)合催化劑。通過(guò)調(diào)節(jié)酵母懸浮液的濃度，制得具有不同電化學(xué)催化性能的復(fù)合產(chǎn)物。當(dāng)酵母懸浮液濃度為10gL1時(shí)，制得的復(fù)合產(chǎn)物CFO／Co／BC2比表面積可以達(dá)到9276m2g1，在堿性條件下具有很好的催化活性和催化穩(wěn)定性。在ORR催化過(guò)

5、程中，CFO／Co／BC2的起始電位僅為0176V，極限電流密度可以達(dá)到725mAcm～。在氧氣析出反應(yīng)(OER)催化過(guò)程中其氧氣析出起始電位為058V，當(dāng)電壓為lV時(shí)電流密度達(dá)到2648mAcm～。當(dāng)CFO／Co／BC，2在一035V下經(jīng)過(guò)86377S連續(xù)工作后，其ORR電流密度僅降低了205％，在08V下經(jīng)過(guò)同樣的工作時(shí)間后，其OER電流密度減小79％。(2)使用酵母細(xì)胞作碳源和模板，通過(guò)化學(xué)沉淀和冷凍干燥法制得直徑為125岫的Co