过渡金属硫化物碳基双功能电催化剂在锌空电池中的应用

发布时间：2024-06-01 20:19

　　可充电锌空气电池以其高理论能量密度、安全性、环保性、低成本等优势,在动力电池、可穿戴电池等领域备受关注。但是,由于充放电时,空气阴极分别发生的析氧反应(OER)、氧还原反应(ORR)存在缓慢的动力学进程和很高的过电位,使得锌空电池实际效率大大降低。为了克服这一问题,设计制备用于催化锌空电池阴极反应的廉价、稳定、高效的ORR/OER双功能催化剂十分关键。本论文基于过渡金属硫化物、多孔碳载体制备了一系列具备高双催化活性的复合材料,作为空气阴极催化剂应用于锌空电池,并进一步探索了它们在可穿戴式锌空电池器件中的应用。(1)制备了一种由单分散Co(Ni)₉S₈双金属硫化物纳米颗粒包埋于N,S共掺杂的多孔碳三维复合材料(Co-Ni-S@NSPC)。由于Co(Ni)₉S₈的晶格缺陷,碳基质中N、S原子掺杂,以及大比表面积分级多孔结构等多种因素的协同作用,Co-Ni-S@NSPC展现了良好的双催化性能:0.1 M KOH中,催化ORR反应的半波电位、极限电流(0.2 V)分别为0.82 V、5.23 mA cm

【文章页数】：158 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图1.1几种常见电池、金属空气电池、氢燃料电池以及汽油的理论、实际能量密度的比较[12]

第一章绪论2均为贵金属催化剂，价格昂贵、资源稀缺，难以推广使用[18,19]。而近些年的研究中，杂原子掺杂碳材料、金属化合物、金属掺杂碳基材料等复合材料在电化学氧反应中均表现了优秀的催化活性[20]。因此，开发廉价高催化活性的非贵金属材料作为阴极催化剂，取代贵金属催化剂，是目前可....

图1.2可充电锌空电池结构图示[26]

安徽大学博士学位论文3为常见的可充电锌空电池。如图1.2所示，可充电锌空电池由锌电极、空气电极、电解液和分离隔膜组成。金属锌阳极与空气阴极发生氧化还原反应，产生电流。电池的不同组成要素对电池性能产生不同的影响：Zn阳极材料影响电池的比容量和充放电次数，电解液对电子传输能力产生影响....

图1.3（a）锌阳极在循环过程中的失效机理；（b）减少锌枝晶生长和迁移的三种方法：采用高表面积多孔锌结构，将锌封闭在3D导电基体材料中和直接使用绝缘层进行物理抑制[27]

安徽大学博士学位论文5M.A等[29]将纳米锌酞菁（ZnPc）加入聚苯胺基质（PANI）形成新型纳米复合材料（PANI@ZnPc）用于锌空电池，提高了阳极材料的电导率，且电极防护性能提高了22.9%；第三种途径是直接使用绝缘体对Zn进行物理抑制/抑制，如Schmid等[30]在Z....

图1.4（a）空气阴极示意图，（b）气体扩散层形貌，（c）催化剂层形貌[40]

安徽大学博士学位论文7催化剂层和集流体组成，气体扩散层便于反应中O2的迁移，催化剂层作为活性反应层参与催化ORR/OER，集流体用于电子传输[39]。图1.4（a）空气阴极示意图，（b）气体扩散层形貌，（c）催化剂层形貌[40]Figure1.4(a)Diagramoftheai....

本文编号：3986407