鋅—空氣電池空氣電極的制備及研究.pdf

1、隨著人類對能源需求的增加和化石能源儲量日益減少,能源的利用、轉(zhuǎn)換及新能源開發(fā)引起人們的廣泛關(guān)注。燃料電池是一種高效潔凈的新能源,其中鋅-空氣電池以其優(yōu)異的比能量及安全性成為人們關(guān)注的焦點。鋅具有儲量豐富、成本低、比容量高等優(yōu)點,但是鋅-空氣電池所使用的貴金屬催化劑價格昂貴,難以廣泛應(yīng)用。本文研究了廉價催化劑,以期實現(xiàn)鋅-空氣電池大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
　　本文以碳載體作為催化劑,研究了不同碳(煤質(zhì)活性碳、木質(zhì)活性碳、化學(xué)法活性碳、乙炔

2、黑、V-72R活性碳、酚醛活性碳)種類及不同的預(yù)處理方式對碳載體催化效果的影響。結(jié)果表明:煤質(zhì)活性碳與酚醛活性碳催化性能較好;最佳預(yù)處理方式為醇洗;將V-72R活性碳與醇洗煤質(zhì)活性碳混合使用,當二者質(zhì)量比為1:5時,催化效果最佳。碳載體為催化劑的催化層正交試驗結(jié)果表明:碳載體、PTFE、Na2SO4質(zhì)量比為20:6:5且不添加乙炔黑時催化效果最佳。
　　以廉價的MnO2/C作為空氣電極的催化劑,研究了合成工藝、錳源和后處理方式對催

3、化性能的影響。得出最佳合成路線:合成工藝為歸一法,錳源為硫酸錳,MnO2與碳載體的質(zhì)量比為9:20,KMnO4濃度為15g/L,MnSO4·H2O與KMnO4摩爾比為1.5:1。應(yīng)用最佳路線制得的MnO2/C催化劑的鋅-空氣電池輸出比功率可維持在100mW/cm2以上。利用單因素分析法分析了MnO2/C為催化劑的催化層,結(jié)果表明:Na2SO4與碳載體的質(zhì)量比為1:4,PTFE與總碳(碳載體與乙炔黑)的質(zhì)量比為3:10且不含乙炔黑時,空氣

4、電極的性能最好。烘干后的空氣電極經(jīng)乙醇處理后,可提高電池的比功率;成型壓力在0.875MPa/cm2下可制備性能較好的空氣電極;高溫?zé)崽幚砜諝怆姌O對其性能影響明顯,溫度越高,催化性能下降越明顯。
　　利用高分子保護法制備了碳載納米銀(Nano-Ag/C)催化劑,當PVP與AgNO3的質(zhì)量比為2:1及Ag+濃度為0.01mol/L時,制備的催化劑催化活性最好。利用正交試驗分析了Ag/C催化劑的催化層,得出最佳配比:碳載體、PTFE、

5、Na2SO4、Ag的質(zhì)量比為20:8:7:4。研究了MnO2在MnO2-Ag/C復(fù)合催化劑配比,得出最佳配比:MnO2(歸一法)與碳載體的質(zhì)量比是1:5。比較了各類催化劑的催化能力和穩(wěn)定性大小,得出催化能力大小順序為:MnO2-Ag/C,Ag/C,MnO2/C,碳載體。穩(wěn)定性大小順序為:Ag/C,MnO2-Ag/C,MnO2/C,碳載體。
　　采用SWOT分析法分析了鋅-空氣電池的市場優(yōu)勢、市場劣勢、市場需求和市場競爭,分析結(jié)果表