TM-N-C催化劑空氣電極的制備與性能.pdf

1、空氣電極是金屬-空氣電池及所有類型燃料電池的正極，其性能的好壞直接制約著電池的長足發(fā)展。空氣電極上發(fā)生的氧還原反應(ORR)，歷來都是研究和關注的重點；因為該反應過程復雜，動力學反應過程較為緩慢，交換電流密度低，這就促使ORR催化劑成為限制電池正極電化學反應活性的關鍵因素之一。本文采用簡單熱處理方式制備了高效價廉的非貴金屬氧還原電催化劑Co-N/C(800)，并利用該催化劑制備成空氣電極，考察了空氣電極的制備工藝對性能的影響，提出了制備

2、空氣電極的優(yōu)化工藝，并將優(yōu)化后的空氣電極進行了應用。通過X-射線衍射、線性電位掃描、控電流極化曲線及單電池測試等分析測試技術，考察了Co-N/C(800)的組成結構、ORR催化活性、空氣電極的電化學行為、鋅-空氣電池的放電性能。
　　 研究結果表明：Co-N/C(800)在堿性溶液中(1mol/L NaOH)對ORR有很好的催化活性，起始氧還原電位約為0.04 V(vs.MOE)；在近中性溶液中(4mol/L NH4Cl)，Co

3、-N/C(800)也具有良好的催化ORR活性，起始氧還原電位為0.23V(vs.SCE)。不同掃描速率下的LSV曲線表明Co-C/N催化劑電催化氧還原反應是不可逆過程，電極反應過程主要受擴散步驟控制。
　　 空氣電極優(yōu)化的制備工藝為：采用催化層/導電不銹鋼網/防水層的排列方式，PTFE含量在催化層中為25％(wt)，在擴散層中為60％(wt)，燒結溫度為150℃且不需要通入氮氣保護。考察空氣電極受NaOH溶液濃度的影響，得到在7

4、mol/L NaOH中空氣電極性能最佳，在室溫及空氣氣氛條件下，電極過電位為-0.6V(vs.MOE)時，電流密度接近100mA/cm2。自制的空氣電極與純鋅片所組裝的鋅-空氣電池，以濃度為7 mol/L NaOH為電解液，在電池過電位為0.8 V時，電流密度超過100 mA/cm2，電池最大功率密度達85mW/cm2；催化ORR性能優(yōu)于常規(guī)MnO2催化劑；同時進行單電池放電測試，在長達70h的放電時間內，放電平臺保持在1.25～1.3