纳米β-feooh碳复合材料的锂空气电池正极性能研究

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1、硕士学位论文纳米β-FeOOH碳复合材料的锂空气电池正极性能研究THESTUDYONTHENANOCARBONCOMPOSITESOFBETA-FEOOHASTHECATALYSTOFTHEAIRELECTRODEOFTHELITHIUMAIRBATTERY胡驰宇哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TM911.41学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工程硕士学位论文纳米β-FeOOH碳复合材料的锂空气电池正极性能研究硕士研究生：胡驰宇导师：张乃庆教授申请学位：工程硕士学科：化学工程所在单位：理学院答

2、辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TM911.41U.D.C:621.3DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringTHESTUDYONTHENANOCARBONCOMPOSITESOFBETA-FEOOHASTHECATALYSTOFTHEAIRELECTRODEOFTHELITHIUMAIRBATTERYCandidate：HuChiyuSupervisor：Prof.ZhangNaiqingAcademicDegreeApplied

3、for：Master’sDegreeinEngineeringSpeciality：ChemicalEngineeringAffiliation：SchoolofScienceDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要随着科技的发展，人们对移动电源提出了更高的要求，尤其是对提高电池容量上的需求最为迫切。锂空气电池由于其具有接近于汽油的比能量，以及高于汽油的实际容量，使得锂空气电池得到了人们极大的关注。目

4、前，锂空气电池中性能较好的催化剂大多为贵金属，成本昂贵，所以寻找到一种廉价的，同时又能够降低锂空气电池充放电过电位，提高其循环性能的空气电极催化剂材料，可以极大地促进锂空气电池的发展，其中过渡金属(氢)氧化物具有极大的潜力。本文针对寻找一种过渡金属(氢)氧化物作为锂空气电池催化剂材料，合成得到了具有梭状外貌的β-FeOOH纳米棒，并将其分别与石墨烯和有序介孔碳(CMK)进行复合，提高其导电性、比表面积和孔隙率，同时，分别对β-FeOOH纳米棒和其碳复合材料在锂空气电池中的性能进行了研究。本课题研究了通过一步水热法制备得到β-F

5、eOOH纳米棒的条件，并通过分析水热温度、反应液浓度、水热时间、溶剂成分等因素对合成产物的影响，并最终对合成条件进行优化，在80℃下进行水热反应，反应时间为4h，反应液中FeCl3浓度为0.1M的条件下，成功制备了高纯度、颗粒长度~500nm，颗粒直径~100nm的β-FeOOH纳米棒，并在此基础上，制备了β-FeOOH/rGO和β-FeOOH/CMK两种复合材料。本课题将β-FeOOH纳米棒以及β-FeOOH/rGO和β-FeOOH/CMK两种碳复合材料作为催化剂，通过与导电添加剂SuperP混合，制备了锂空气电池气体扩散电

6、极。充放电循环测试表明，β-FeOOH纳米棒在锂空气电池中具有良好的催化活性，在-1电极中活性物质与SuperP比例为6:2时，比容量达到了4918mAhg(carbon)，同时在-1-1电流密度为200mAg(carbon)，限制比容量为600mAhg(carbon)时，进行了70余次循-1环，但在电流密度达到500mAg(carbon)时，循环次数急剧减少；采用β-FeOOH/rGO作为催化剂时，由于材料的比表面积和导电性的极大提高，其比容量-1-1达到了6000mAhg(carbon)，在电流密度为500mAg(carb

7、on)，限制比容量为600mAh-1g(carbon)时，进行了60次循环；β-FeOOH/CMK材料由于CMK极好的导电性和丰富-1的孔隙率，使其比容量得到了极大的提升，达到了作为9000mAhg(carbon)，同时-1还具有稳定的循环性能，在电流密度为500mAg(carbon)，限制比容量为600mAh-1g(carbon)时，进行了90次循环。关键词：锂空气电池;过渡金属(氢)氧化物;β-FeOOH;石墨烯;CMK-I-AbstractAbstractWiththedevelopmentofscienceandtec

8、hnology,peopleputforwardhigherrequirementsformobilepower,especiallyforimprovingthecapacityofthebattery..Becauseofitsclosetogasolineenergy,