鋰空氣電池氧化釕復(fù)合電極的制備及其性能研究.pdf

1、鋰空氣電池因具有非常高的理論比容量引起了研究學(xué)者的廣泛關(guān)注，是一種新型的環(huán)保電池。但是其過大的過電位、較差的倍率性能、較低的循環(huán)壽命等缺點(diǎn)嚴(yán)重阻礙了鋰空氣電池的商業(yè)化進(jìn)程。如今鋰空氣電池的的開發(fā)和研究面臨著許多困難，如：充放電反應(yīng)機(jī)理、負(fù)極鋰片的保護(hù)、電解液的分解、空氣電極的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和催化劑的選擇等關(guān)鍵技術(shù)。
　　本論文以探索可以同時(shí)催化鋰空氣電池的氧還原反應(yīng)(ORR)和析氧反應(yīng)(OER)的雙效催化劑為目標(biāo)，以RuO2為鋰空氣電池

2、空氣電極的主要催化劑為主要研究對(duì)象，分別采用液相共沉積法和水熱反應(yīng)法制備了不同形貌的RuO2/MWNTs復(fù)合材料，選出具有制備催化性能較好的催化劑的方法，進(jìn)一步利用這種方法在MWNTs表面上同時(shí)負(fù)載納米級(jí)的MnO2和RuO2顆粒，我們利用XRD、SEM、TEM等方法對(duì)復(fù)合材料的物化性能進(jìn)行表征。最后對(duì)由這些復(fù)合材料組裝成的鋰空氣電池進(jìn)行電化學(xué)性能測(cè)試。我們得到如下結(jié)論：
　　1.由水熱反應(yīng)法制備出了 RuO2/MWNTs復(fù)合材料中

3、的RuO2結(jié)晶程度比液相共沉積法制備的好，并且具有較小的顆粒粒徑。此外，由水熱反應(yīng)法制備出了RuO2/MWNTs復(fù)合材料表現(xiàn)出較好的電化學(xué)性能，在電流密度為0.1 mA/cm2時(shí)，截止電壓為2.3~4.0 V，放電容量高達(dá)2033 mAh/g；電流密度為0.2 mA/cm2時(shí)，放電容量為1534 mAh/g，當(dāng)電流密度增加到0.4 mA/cm2時(shí)，放電容量衰減到896 mAh/g，隨著充放電電流密度的增大，充放電容量明顯減少，過電位緩慢

4、的增加，電極極化增大；電流密度為0.1 mA/cm2時(shí)，鋰空氣電池在循環(huán)三周后的放電容量為1808 mAh/g，且具有88.9％的容量保留率，此后在較大的電流密度下進(jìn)行循環(huán)測(cè)試，電流密度為0.3 mA/cm2，截止容量為400 mAh/g，可以循環(huán)50次充放電比容量不發(fā)生衰減且過電壓較小。
　　2.由水熱法進(jìn)一步合成了 MnO2-RuO2/MWNTs復(fù)合納米材料，由MnO2-RuO2/MWNTs復(fù)合材料組成的鋰空氣電池在電流密度為

5、0.1 mA/cm2時(shí)，具有較大的放電平臺(tái)2.88 V和較小的充電平臺(tái)3.32 V，過電位為0.44 V，該電池的放電比容量值高達(dá)5736 mAh/gcarbon。由MnO2-RuO2/MWNTs復(fù)合材料組成的鋰空氣電池的放電平臺(tái)比RuO2/MWNTs的高0.06 V，且具有較好的放電比容量。此外，由MnO2-RuO2/MWNTs復(fù)合材料組成的鋰空氣電池還具有較好的循環(huán)特性，在電流密度為0.3 mA/cm2，截止容量為1000 mAh/