Li-O 2 电池阴极催化剂的构建及氧化还原中间体的优化

发布时间：2024-04-27 18:56

　　Li-O2电池作为新型储能体系因具有极高的理论能量密度得到了广泛的关注,然而Li-O2电池较低的能量效率和较差的循环稳定性一直是阻碍其进一步发展的瓶颈。本文从新型高效固相催化剂的开发、液相氧化还原中间体的改进着手,以期获得高能量效率、高比容量、高循环稳定性的Li-O2电池体系。主要研究内容和结论如下:1.阴极硫基催化剂的制备及电化学性能研究通过原位水热生长的方式制备了廉价且催化性能较好的CuS/Porous Carbon Foil(CuS/PCF)阴极,有效的降低了充电过程的过电位。首圈充放电平台和循环稳定性测试结果表明CuS/PCF有着优于PCF基底、CuO/PCF和CuS粉末的充电平台和循环稳定性。相比于基底PCF,CuS/PCF可使Li-O2电池的能量效率从68.7%提升至78.1%,研究表明CuS/PCF可诱导小颗粒的Li2O2在其表面生成,从而在充电过程更容易且更彻底的分解Li2O2,表现出更低的充电过电位和更好的循环性能。2.双功能液相氧化还原中间体KI的开发与研究结合K+对溶液相过程的促进作用和I-/I3-电对对充电电位的降低作用,提出将KI作为液相氧化还原中间体,从而获...

【文章页数】：112 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 课题背景
    1.2 Li-O₂电池
        1.2.1 Li-O₂电池概述
        1.2.2 Li-O₂电池的优势与挑战
        1.2.3 Li-O₂电池机理研究进展
        1.2.4 阴极固相催化剂的研究进展
        1.2.5 氧化还原中间体的研究进展
    1.3 课题选题依据与主要研究内容
    参考文献
第二章 实验原理与方法
    2.1 实验仪器与方法
        2.1.1 扫描电子显微镜
        2.1.2 X射线粉末衍射技术
        2.1.3 X射线光电子能谱
        2.1.4 拉曼光谱分析
    2.2 实验试剂及材料
        2.2.1 实验试剂
        2.2.2 实验材料
    2.3 电化学性能测试与表征
        2.3.1 隔膜和集流体的准备
        2.3.2 电极的制备
        2.3.3 Li-O₂电池的组装
        2.3.4 电池充放电后极片的非原位表征
        2.3.5 恒电流充放电测试
        2.3.6 循环伏安测试
        2.3.7 电化学交流阻抗法
    参考文献
第三章 阴极硫基催化剂的制备及电化学性能研究
    3.1 引言
    3.2 材料的制备及表征
        3.2.1 CuO/PCF的表征
        3.2.2 CuS/PCF的表征
        3.2.3 CuS粉末的表征
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 电化学性能测试
        3.3.2 过电位降低原因探究
    3.4 小结
    参考文献
第四章 双功能液相氧化还原中间体KI的开发与研究
    4.1 引言
    4.2 材料的制备
        4.2.1 电解液的配制
        4.2.2 氧电极的制备
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 循环伏安测试对比
        4.3.2 电化学性能测试对比
        4.3.3 KI体系基本表征
    4.4 小结
    参考文献
第五章 功能型NPG阻挡层抑制I^-I3
-电对的穿梭效应
    5.1 引言
    5.2 材料的制备
        5.2.1 阻挡层的制备
        5.2.2 电解液的制备
        5.2.3 氧电极的制备
    5.3 NPG阻挡层的基本表征
        5.3.1 SEM表征及孔径分布测试
        5.3.2 XRD表征
        5.3.3 Raman表征
        5.3.4 XPS表征
    5.4 结果与讨论
        5.4.1 电化学性能测试与对比
        5.4.2 氧电极的基本表征与分析
        5.4.3 电化学性能提升原因探究
        5.4.4 质子相关副产物的表征
        5.4.5 NPG阻挡层阻挡作用的证明
    5.5 小结
    参考文献
总结与展望
致谢
作者攻读硕士学位期间发表论文及成果



本文编号：3965574