鋰空氣電池復(fù)合陰極Pd-Co3O4-C的制備及其性能研究.pdf

1、近年來(lái)，鋰空氣電池因具有比能量高、環(huán)境友好、價(jià)格低廉等突出優(yōu)點(diǎn)而被廣泛研究，但其充放電過(guò)電勢(shì)大、庫(kù)倫效率低、倍率性能差等缺點(diǎn)已嚴(yán)重阻礙其實(shí)用化進(jìn)程。本文針對(duì)這些突出問(wèn)題，從優(yōu)化空氣陰極結(jié)構(gòu)、制備高分散陰極催化劑等方面開(kāi)展了研究工作。
　　采用水熱法合成了球形、立方體、八面體和納米棒等四種不同形貌和粒徑的Co3O4催化劑，并以此為基礎(chǔ)采用原位蔗糖碳化法制備了Co3O4/C空氣陰極，應(yīng)用于鋰空氣電池。結(jié)果表明，其中粒徑最小的球狀的Co

2、3O4（24nm）與炭黑顆粒的結(jié)合最有效，催化劑的性能最佳。Co3O4可有效提高電池的循環(huán)性能，含量為10wt.％，首次放電比容量達(dá)到了462mAh·g-1催化劑（0.10mA·cm-2），第5次循環(huán)的容量保持率仍然高達(dá)61.3%，此時(shí)充電電壓也比較低（3.75V）。
　　采用微波輔助乙二醇法合成了Pd/C催化劑，以此為基礎(chǔ)用原位蔗糖碳化法制備了Pd/C空氣陰極。結(jié)果表明，Pd高度分散在XC-72炭黑顆粒表面，暴露較多活性位點(diǎn)，碳

3、化前后的平均粒徑分別為2.6nm和2.8nm，碳化的蔗糖層將Pd顆粒粘結(jié)在XC-72炭黑上、Pd/C催化劑粘結(jié)在基質(zhì)上，陰極呈現(xiàn)多孔結(jié)構(gòu)。碳化蔗糖的導(dǎo)電性遠(yuǎn)好于PVdF，因而減小了空氣陰極的的阻抗，使電池的充電電位由4.20V降低至3.60V，良好的孔道結(jié)構(gòu)利于氧氣的流通，使得放電比容量增大至986mAh·g-1催化劑。不僅如此，Pd還能有效提高放電平臺(tái)、減小放電過(guò)電勢(shì)，當(dāng)電流密度為0.02mA·cm-2、Pd的含量為20wt.%時(shí)，放

4、電平臺(tái)高達(dá)2.91V，接近理論平臺(tái)（2.96V）。
　　采用原位蔗糖碳化法，以合成的Co3O4和Pd/C催化劑為基礎(chǔ)制備了Pd/Co3O4/C復(fù)合空氣陰極。測(cè)試結(jié)果表明，陰極表面形成疏松多孔結(jié)構(gòu)，且催化劑中各組分在空氣陰極表面的分散性良好。最佳活性物質(zhì)配比：Pd=20wt.%，Co3O4=10wt.%，XC-72=70wt.%，此時(shí)電池的放電比容量為7167mAh·g-1催化劑（0.05mA·cm-2）。三種陰極材料，電池的首次放