含貴金屬四氧化三鈷作為鋰空氣電池正極催化劑的性能研究.pdf

1、在眾多的二次能源中，鋰空氣電池因?yàn)榫哂休^高的理論能量密度，被人們寄予厚望。但是，目前的鋰空氣電池仍然存在嚴(yán)重的極化現(xiàn)象、電解液的揮發(fā)及分解、循環(huán)性能不理想、功率性能不理想及金屬鋰負(fù)極的腐蝕等現(xiàn)象。為了解決以上問題，合適的正極催化劑材料被認(rèn)為是最有效，最可實(shí)現(xiàn)，也是最早開始的研究之一。
　　本文工作的主要目的是尋找合適的正極催化劑，以優(yōu)化放電產(chǎn)物的形成和分解為突破口，改善鋰空氣電池的性能。在本文的研究中，我們?cè)O(shè)計(jì)并且用水熱法合成了生

2、長(zhǎng)在泡沫鎳上的納米線形貌的Co3O4材料以及Pt/Co3O4材料。用XRD、XPS、SEM、TEM等測(cè)試方法對(duì)材料的結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行了表征。隨后，用恒流充放電測(cè)試、循環(huán)伏安測(cè)試和交流阻抗測(cè)試對(duì)上述材料進(jìn)行了鋰空氣電池的催化性能分析，并且通過充放電之后電極表面放電產(chǎn)物的形貌和成分觀察，探究在電極材料上負(fù)載貴金屬，以及在電解液中分散貴金屬顆粒對(duì)Co3O4材料催化性能的影響。具體研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)通過對(duì)水熱合成的實(shí)驗(yàn)確定合成含貴金

3、屬的納米Co3O4材料的方法。分別從水熱反應(yīng)的時(shí)間、退火的溫度、反應(yīng)前驅(qū)體的濃度三個(gè)方面進(jìn)行了原位制備含貴金屬的納米Co3O4材料的水熱合成研究。研究表明，120℃水熱條件下，5h的反應(yīng)時(shí)間對(duì)Co3O4材料的合成最為適宜，而退火則為400℃的溫度最為合適。通過控制反應(yīng)條件，我們合成了形貌均一的線狀Co3O4納米材料。實(shí)驗(yàn)證實(shí)了水熱反應(yīng)法對(duì)于Co3O4材料的均勻合成是一種有效的方法。
　　(2)研究了生長(zhǎng)在泡沫鎳上的Pt/Co3O4

4、材料的電化學(xué)性能。電化學(xué)測(cè)試表明，Pt/Co3O4作為正極催化劑的鋰空氣電池可以在500mAh g-1的恒容測(cè)試下維持55次的穩(wěn)定循環(huán)，Pt在電極材料的加入對(duì)其電化學(xué)性能，尤其是充電的過電位有明顯的改善。通過對(duì)循環(huán)過程充放電空氣電極形貌和結(jié)構(gòu)的分析，我們明確了放電過程主要放電產(chǎn)物是Li2O2，并提出貴金屬Pt的加入能夠誘導(dǎo)Li2O2薄片的生長(zhǎng)，杜絕大顆粒放電產(chǎn)物的出現(xiàn)，從而緩解和延遲了電極的鈍化，使Li2O2在較低電位就能完全分解，減少

5、副反應(yīng)的發(fā)生的機(jī)制。
　　(3)通過在電解液中加入鈀，將四氧化三鈷（固相中）和鈀（電解液中）作為鋰空氣電池的雙效催化劑進(jìn)行研究，從而改善鋰空氣電池的性能。電化學(xué)測(cè)試表明，與Co3O4在普通的TEGDME電解液中作催化劑的鋰空氣電池相比，在Pd/TEGDME中測(cè)試的鋰空氣電池的電化學(xué)性能有了明顯的改善。在電解液中加入Pd之后，鋰空氣電池可以在500 mAh g-1的恒容測(cè)試下維持超過75次的穩(wěn)定循環(huán)。通過對(duì)循環(huán)過程充放電空氣電極形貌