三维石墨烯复合Co_3O_4电极在锂空气电池中的应用.pdf

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1、三维石墨烯复合Co3O4电极在锂空气电池中的应用张佳凯2015年1月中图分类号：TQ152UDC分类号：544.6三维石墨烯复合Co3O4电极在锂空气电池中的应用作者姓名张佳凯学院名称化工与环境学院指导教师孙克宁教授答辩委员会主席严乙铭教授申请学位工学硕士学科专业化学工程与技术学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月Three-dimensionalGraphene-Co3O4CathodesforRechargeableLi-O2BatteriesCandidateName：JiakaiZhangSchoolorDepartment

2、:ChemicalEngineeringandEnvironmentFacultyMentor:Prof.KeningSunChair,ThesisCommittee：Prof.YimingYanDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor：ChemicalEngineeringandTechonologyDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：January,2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究

3、工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要-1在目前研究的电源体系中，锂空气电池不仅具有最高的理论比容量(3828mAhg)-1和理论比能量(11425Whkg)，而且因为可循环、环境友好等优点，引起人们的广泛重视，具有极为诱人的发展前景。但是当前，锂空气电池的发展依然处于

4、初级阶段，仍有循环性能差、能量转化效率低等诸多问题需要克服和改进。研究和开发高效的正极催化剂，被认为是提高锂空气电池性能的关键。在本论文中，成功制备了一种新型的自支撑、多孔、无粘结剂的三维材料，直接用作锂空气电池的空气电极，具体研究内容包括：通过化学气相沉积(CVD)的方法，以泡沫镍为基底，制备得到三维石墨烯材料。XRD和Raman光谱的表征结果证明，相比化学氧化还原法制备得到的石墨烯，CVD法制备的三维石墨烯晶相更好、质量更高、缺陷更少。将三维石墨烯电极直接组装锂-1-1空气电池，首次放电容量为1536mAhg，在限容500mAhg的条件下，

5、循环28次。采用水热原位生长的方法，在三维石墨烯表面制备Co3O4，SEM、TEM、XRD、XPS、Raman等表征测试方法表明制备得到的Co3O4分散均匀、排列有序、晶相良好。-1将获得的三维石墨烯-Co3O4复合电极组装锂空气电池，首次放电容量为2453mAhg，-1在限容583mAhg的条件下，稳定循环62次。采用电沉积的方法，在三维石墨烯上制备Co3O4。SEM测试表明制备得到的Co3O4呈均匀分布、相互交织的花瓣状，XRD、XPS测试结果证明制备的Co3O4晶相良好。-1将三维石墨烯-Co3O4复合电极组装成锂空气电池，首次放电容量为

6、2032mAhg，在-1限容700mAhg的条件下，循环45次。关键词：锂空气电池；正极催化剂；三维电极；石墨烯；Co3O4I北京理工大学硕士学位论文Abstract-1Li-O2batteriescandeliversubstantiallyhigherspecificcapacity(3828mAhg)and-1higherenergydensity(11425Whkg)whencomparedwithotherchemicalbatteries.However,Li-O2batteriesarestillintheirdevelopmen

7、talinfancyandatpresenttheenergydensityofsuchLi-O2batteriesfailstoreachthetheoreticalvalueinpracticalapplications.Otherlimitationsofthiscomplexsystem,suchaspoorcyclabilityandlowroundtripefficiency,stillneedtobestudiedindetail.Amongallthefactorsthatstronglyinfluencethecapacity

8、andthecycleefficiency,thecatalystusedisconsideredbymanytobekey.Inthiswork,w