鋰空氣電池多孔碳電極材料的制備及性能研究.pdf

1、嚴(yán)峻的環(huán)境問題以及能源危機(jī)，使得鋰離子電池在全球范圍內(nèi)得到廣泛的發(fā)展。雖然大容量鋰離子電池在電動(dòng)汽車領(lǐng)域備受關(guān)注，但它的能量密度仍然受限于正極活性物質(zhì)。相對(duì)于其他體系的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)，因?yàn)殇嚳諝怆姵氐恼龢O活性材料(O2)不必存儲(chǔ)在電池中，而是可以直接從空氣中獲取，所以鋰空氣電池表現(xiàn)出更高的理論比能量。除去O2，鋰空氣電池的理論比能量高達(dá)11140Whkg-1，比傳統(tǒng)電池的能量密度高出幾個(gè)數(shù)量級(jí)，很有潛力成為新一代的二次電池。但鋰空氣電池的

2、放電產(chǎn)物不溶于有機(jī)電解液，只能在多孔碳空氣電極上沉積。因此，合成一種有利于放電產(chǎn)物沉積的載體碳材料對(duì)提高電池性能有著重要作用。同時(shí)，空氣電極需要加入合適的催化劑以提高O2在陰極的還原反應(yīng)速率。本文主要探討催化劑和空氣電極載體碳材料的制備及其性能。主要結(jié)果如下：
　　(1)采用水熱法在不同溫度下制備了不同晶型的二氧化錳。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，制備的α-MnO2具有納米棒狀結(jié)構(gòu)，直徑大約為100nm，長度為2μm左右；β-MnO2呈顆粒狀。其

3、中，α-MnO2具有最佳的放電性能，在0.15mAcm-2電流密度下，首次放電容量為1239.9mAhg-1，放電平臺(tái)為2.5V。
　　(2)水熱法制備的一種部分石墨化的無定形多孔碳材料(MOF-PC)，其比表面積為654.5m2g-1，孔容為0.76cm3g-1。電化學(xué)測(cè)試表明，用MOF-PC作載體的鋰空氣電池比傳統(tǒng)SuperP碳材料作載體具有更佳的首次放電容量和循環(huán)性能。在0.15mAcm-2電流密度下，MOF-PC首次充放電

4、容量為1502.9mAhg-1，電池經(jīng)過10次循環(huán)后容量仍保持在287.6mAhg-1。
　　(3)通過氧化鎳模板與表面活性劑模板合成了一系列層次多孔碳材料(HPCs)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，四種HPCs主要為介孔結(jié)構(gòu)，且具有類似的孔徑和孔徑分布。其中，HPCs-3具有最高的比表面積691m2g-1，在0.1mAcm-2電流密度下，以其作為載體具有最高的首次放電容量(2050mAhg-1)。HPCs-3電池在0.1mAcm-2電流密下深度