锂空气电池正极多孔材料的制备及其性能的研究.pdf

国内图书分类号: 学校代码:10213 国际图书分类号: 密级:公开工学硕士学位论文锂空气电池正极多孔材料的制备及其性能的研究硕士研究生:潘通导师:孙克宁教授申请学位:工程硕士学科:化学工程所在单位:理学院答辩日期:2012年7月授予学位单位:哈尔滨工业大学 Classified Index: : Dissertation for the Master’s Degree in Engineering Preperation and Performances of Porous Materials as Li-Air Battery Cathodes Candidate: Pan Tong Supervisor: Prof. Sun Kening Academic Degree Applied for: Master of Engineering Speciality: Chemical Engineering Affiliation: School ofScience Date of Defence: July, 2012 Degree-Conferring-Institution:Harbin Institute of Technology 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-I- 摘要锂空气电池具有超大的理论比容量(3860 mAh .g -1)和理论比能量(11400 Wh .kg -1),大大超过任一种化学电源,是一种环境友好的新型电池。近年来,科研人员对锂空气电池的电解质材料和正极催化剂材料的研究取得了一定进展。一些研究表明,正极催化剂材料的多孔性对于氧气在电池内部的扩散能力具有很大影响,而氧气的扩散能力直接影响着电池的电化学性能,但对于正极材料的微观结构(比表面积、孔容、孔径)与电池性能(充放电性能、倍率性能、循环性能)之间的具体关系尚未展开研究。基于此,本文研究重点集中于合成具有较好催化性能的正极多孔催化剂材料,同时针对催化剂材料的微观结构对其电池性能的影响进行了研究。在本论文中,首先采用了在碳纳米管表面原位合成的方法制备了 NiO/MWNTs材料和Co 3O 4/MWNTs材料,并且与纯MWNTs材料在结构和性能上进行对比得出:NiO/MWNTs的?V最小( V),而纯MWNTs的?V最大(),?V越小,催化性能越好。材料的催化性能与其本身性质和比表面积有关,比表面积越大,催化性能越好,NiO/ 2·g -1, 而纯MWNTs 2·g -1;Co 3O 4/MWNTs的孔容最大( cm 3·g -1),放电容量最大(2682 mAh·g -1),MWNTs的孔容最小( cm 3·g -1), 放电容量最小(2054 mAh·g -1);Co 3O 4/ nm, mAh·g -1和1163mAh·g -1,循环 12圈后,%%,NiO/MWNTs的BJH , mAh·g -1和 878mAh·g -1,循环10圈后,%%,且 Co 3O 4/MWNTs的大电流充放电性能优于NiO/MWNTs,, 充放电容量分别为292 mAh·g -1和340mAh·g -1。为此,对材料的微观结构与其电化学性能之间的关系提出了一个观点:比表面积较大的材料对电极反应具有较高的催化性能,孔容较大的材料具有较高的充放电容量,而孔径较大的材料则具有较好的循环性能和大电流充放电性能。为进一步证实上述观点, 的BJH平均孔径且外层孔的孔径为100~200 nm大孔结构的Co 3O 4材料,~300 nm大孔结构的Co 3O 4/Ni材料。,Co 3O 4具有1491mAh·g -1的充电容量和1598 mAh·g -1的放电容量,循环15 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-II- 圈以后,充放电过程的容量分别为459 mAh·g -1和565 mAh·g -1, %%,,充放电容量分别为399 mAh·g -1和 409 mAh·g -1,性能较Co 3O 4/MWNTs有显著提高