鋰空氣電池過渡金屬氧化物催化劑的制備及電化學(xué)性能研究.pdf

1、催化劑是鋰空氣電池研制的關(guān)鍵問題之一。本文從催化劑的角度，考察了過渡金屬氧化物對(duì)鋰空氣電池電化學(xué)性能的影響，旨在開發(fā)廉價(jià)高效的催化劑。
　　本文重點(diǎn)研究了碳納米管與單一過渡金屬氧化物的復(fù)合材料、碳納米管/鈷錳氧化物復(fù)合材料及Fe2O3納米片的制備及對(duì)鋰空氣電池的電化學(xué)性能影響。物相分析采用了X射線衍射(XRD)、紅外光譜(FTIR)、N2等溫吸附脫附、掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)等測(cè)試手段，電化學(xué)表征采用了循環(huán)伏安(CV

2、)、線性掃描(LSV)、交流阻抗(EIS)、恒流充放電等一系列的測(cè)試方法。得到如下結(jié)果:
　　1.單一過渡金屬氧化物:采用水熱法成功地合成了MnO2/CNTs、Fe2O3/CNTs、NiO/CNTs、Co3O4/CNTs的復(fù)合材料。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明，放電過程中，MnO2/CNTs材料的放電性能最好，Co3O4/CNTs的充電性能最好。對(duì)不同質(zhì)量比的MnO2/CNTs與Co3O4/CNTs的材料混合進(jìn)行了深入研究，隨著MnO2/C

3、NTs的含量增加，電池的放電性能提高，充電性能有降低的趨勢(shì)。其中MnO2/CNTs與Co3O4/CNTs的質(zhì)量比例為3∶2時(shí)，其電池的充放電過電勢(shì)最低(△V≈1.5 V)。
　　2.碳納米管/鈷錳氧化物復(fù)合材料:采用共沉淀法制備了不同鈷錳含量的碳納米管/鈷錳氧化物復(fù)合材料，產(chǎn)物隨鈷錳比例的不同發(fā)生變化。隨著錳含量的提高，電池的放電性能提高，充電性能降低。鈷錳比為3∶1時(shí)的產(chǎn)物極化性能最好(△V≈1.05 V)。放電產(chǎn)物有Li2CO

4、3及Li2O2等物質(zhì)，說明含碳酸酯類電解液在放電反應(yīng)中會(huì)分解。
　　3.Fe2O3納米片:水熱法合成了結(jié)晶良好、形貌均勻的Fe2O3納米片，納米片的直徑為90 nm左右。Fe2O3納米片對(duì)電池的氧還原過程及氧析出過程的動(dòng)力學(xué)反應(yīng)有促進(jìn)作用。電池的充放電性測(cè)試表明:Fe2O3納米片具有極低的充放電過電勢(shì)(△V≈0.83V)，其功率性能及循環(huán)性能好，0.4 mA/cm2放電時(shí)，電池依然保持較高的放電容量，30次循環(huán)后電池的容量不衰減。