鋁-空氣電池鈣鈦礦型空氣電極的研究.pdf

1、本文簡(jiǎn)要介紹了鋁/空氣電池、空氣電極、鈣鈦礦型催化劑以及防水透氣層研究現(xiàn)狀和存在的問(wèn)題。采用溶膠-凝膠法合成了氧電極催化劑La<,0.6>Ca<,0.4>CoO<,3>，通過(guò)熱重分析(TG)確定了干凝膠的焙燒溫度。利用X射線衍射、電化學(xué)測(cè)試等技術(shù)，研究了制備過(guò)程中的各個(gè)影響因素對(duì)催化劑性能的影響并給出優(yōu)化結(jié)果，確定了焙燒制度。通過(guò)粒度分析研究了催化劑的顆粒大小；通過(guò)比表面分析研究了自制催化劑的吸附性能。通過(guò)測(cè)定陰極極化曲線和放電曲線研究

2、了催化劑含量、催化層中活性碳與乙炔黑加入質(zhì)量比、催化層中PTFE含量和催化劑摻雜對(duì)空氣電極性能的影響，并將電極組裝成鋁空氣電池進(jìn)行放電性能的測(cè)試。對(duì)于防水透氣層，通過(guò)測(cè)定極化曲線研究了防水層中PTFE含量對(duì)電極性能的影響，由掃描電鏡(SEM)研究了以不同造孔劑得到的電極的表面形貌。 研究結(jié)果表明： 1.采用溶膠-凝膠法制備Lα<,0.6>Ca<,0.4>CoO<,3>的最佳工藝條件是：pH=3.0，檸檬酸的用量與總的金屬

3、離子的物質(zhì)的量比為2.0。焙燒制度為700℃，焙燒時(shí)間2h。所合成的催化劑能夠明顯提高氧還原性能，改善了氧電極的電化學(xué)性能。通過(guò)粒度分析可以發(fā)現(xiàn)催化劑顆粒粒度大多為10～501μm。比表面分析結(jié)果顯示催化劑顆粒比表面積達(dá)到15.61m<'2>/g，吸附功能較強(qiáng)，能夠提供較大的與氧接觸反應(yīng)的空間，提高氧還原的速率。 2.在催化層中，電極載體用活性炭和乙炔黑的混合物，其加入質(zhì)量比為3：1；催化劑最佳含量為25﹪；PTFE最佳含量為2

4、0﹪。我們嘗試在催化層制備過(guò)程中摻雜一定比例的其他化學(xué)物質(zhì)，在催化劑含量為20﹪時(shí)，10﹪La<,0.6>Ca<,0.4>CoO3摻雜10﹪MnO<,2>的空氣電極極化最小，極化電流最大。在催化劑含量為25﹪時(shí)，5﹪La<,0.6>Ca<,0.4>CoO<,3>摻雜20﹪In<,2>O<,3>的配比電極適于大電流放電，在-0.5V終止電壓時(shí)極化電流最大；5﹪La<,0.6>Ca<,0.4>CoO<,3>摻雜20﹪KMnO<,4>的電極適

5、于小電流密度放電。在催化劑含量為30﹪時(shí)，20﹪La<,0.6>Ca<,0.4>CoO<,3>摻雜10﹪MRO<,2>可以明顯提高電極的電化學(xué)性能。 3.防水層中，聚四氟乙烯含量為60﹪H寸膜的內(nèi)阻小，成膜性好。通過(guò)對(duì)電極的表面形貌進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，采用熱處理方式造孔的草酸銨為造孔劑，草酸銨與載體比例2：1時(shí)，得到的膜孔均勻致密，具有較好的透氣性和防水性；從放電曲線中可以看出以草酸銨為造孔劑的空氣電極放電電壓最高，放電平臺(tái)穩(wěn)定，電壓