多級孔道Co3O4薄膜的制備及其Li-O2電池正極性質(zhì)研究.pdf

1、鋰空氣電池因其超高的比能量在近年來備受關(guān)注,其巨大的能量密度決定著其將會在移動能源領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用。然而,它的實際應(yīng)用還是受到很多因素的限制,諸如低的功率密度,較差的循環(huán)性能以及電池較高的過電位造成的低效率等。所有的這些因素絕大部分取決于空氣電極的催化劑界面反應(yīng),因此空氣電極催化劑的研究對鋰空氣電池至關(guān)重要。諸多研究表明,正極催化劑的孔道結(jié)構(gòu)對正極催化劑的性能有著很大的影響。尤其多級孔道結(jié)構(gòu)顯示出了很好的循環(huán)性能。
　　本文中,以

2、多級孔道的正極催化劑材料為主線,采用電化學沉積法原位生長制備了鋰空氣電池的過渡金屬氧化物正極催化劑Co3O4,并通過控制煅燒溫度來調(diào)控其形成的孔道結(jié)構(gòu)尺寸,得到了Co3O4多級孔道結(jié)構(gòu)的正極催化劑材料。而后又通過在表面負載Pt納米顆粒,降低其充電過程的過電位,通過對材料的物化性質(zhì)及電化學性能進行考察:
　　(1)250°C到400°C煅燒得到的多級孔道Co3O4薄膜催化劑中,300°C得到的材料表現(xiàn)出了最好的充放電性能,0.2mA

3、的電流下首次放電達到2462mAh/g。倍率性能考察中,隨著充放電電流的增大,電池的充放電容量顯著下降,在電流為0.05mA時,首次放電容量達到了4120.8mAh/g,0.1mA時為3392.6mAh/g,0.2mA時為2462mAh/g,到0.5mA的電流時,放電容量降到416.1mAh/g。循環(huán)性能考察中,0.2mA電流下電池限制電位區(qū)間為2.0V-4.2V,6次循環(huán)后比容量下降到1000mAh/g以下,而在限制充放電容量為100

4、0mAh/g的放電條件下,鋰空氣電池的循環(huán)性能大大增加,電池的循環(huán)次數(shù)達到14次。
　　(2)為降低電池充電過程中的過電位,在Co3O4催化劑表面冷濺射一層Pt納米顆粒,充電平均電位降低到3.1V,相對于原始的Co3O4充電平均電位的3.9V降低了近0.8V。材料在0.1mA電流下首次放電容量達到940.4mAh/g,到第10次循環(huán)時,放電容量為636.9mAh/g,容量保留率為67.7％。Co3O4催化劑表面濺射Pt納米顆粒后,