铝-空气电池银-镍催化剂及催化层的制备与电化学性能研究

《铝-空气电池银-镍催化剂及催化层的制备与电化学性能研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、硕士学位论文铝-空气电池银-镍催化剂及催化层的制备与电化学性能研究PREPARATIONANDELECTROCHEMICALCHARACTERIZATIONOFTHESILVER-NICKELCATALYSTANDCATALYSTLAYERINALUMINUM-AIRBATTERY陈兴哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TQ152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铝-空气电池银-镍催化剂及催化层的制备与电化学性能研究硕士研究生：陈兴导师：霍华副教授申请学位：工程硕士学科：化学工程所在单位：化工与化学学院答辩日期：2

2、018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TQ152U.D.C.:621.3DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringPREPARATIONANDELECTROCHEMICALCHARACTERIZATIONOFTHESILVER-NICKELCATALYSTANDCATALYSTLAYERINALUMINUM-AIRBATTERYCandidate:ChenXingSupervisor:Assoc.Prof.HuoHuaAcademicDegreeAppliedfor:Masterof

3、EngineeringSpecialty:ChemicalEngineeringandTechnologyAffiliation:SchoolofChemisitryandChemicalEngineeringDateofDefence:June,2018Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要随着化石能源的日渐枯竭，开发新型能源成为目前的当务之急。金属-空气电池使用活泼金属作为阳极进行失电子反应，阴极则是吸收空气中的氧气进行氧还原反应，电池放电过程中不

4、排放任何污染，是一种清洁的高效能源系统。由于铝-空气电池的理论能量密度在金属-空气电池中仅低于锂-空气电池，而且相对于金属锂，铝的资源更丰富、价格低廉，因此铝-空气电池具有广阔的应用前景。目前影响铝-空气电池工业化生产的一大难题就是空气电极的极化严重和使用寿命不长。造成这一现象的原因是催化剂的活性不高以及空气电极内部的疏水性过低。本文将从提高催化剂活性和改善催化层内部结构这两个方面入手，重点是对相关参数进行优化，提高空气电极的放电性能。通过改变Ni相对于催化剂的担载量来对Ag/C催化剂进行改性，并使用XRD、TEM等手段对银-镍催化剂的物理性质进行表征，之后通

5、过SEM和HRTEM对Ag-Ni催化剂的结构进行观测。研究发现当Ni的担载量为7.76mass%时，Ag-Ni/C催化剂的半波电位为0.695V（νs.RHE）相比Ag/C催化剂正移56mV。该催化剂制备成空气电极后，其在100mA·cm-2的恒流放电下电极电位达到-0.774V（νs.Hg/HgO），与改性前的空气电极相比电位正移34mV。这说明使用Ni改性催化剂后提升了空气电极的放电性能。之后对催化剂中Ni的担载量以及催化剂的制备条件进行优化。研究发现，当Ni的担载量为19.4mass%、催化剂的还原温度为80℃、还原剂用量为理论用量的3倍时，铝-空气电池

6、的性能达到最佳，其在100mA·cm-2下的工作电压稳定在1.421V。对催化层的结构进行优化。包括研究催化层制备工艺中各参数对其物理性能的影响，以及利用正交试验法对制备工艺中的因素进行优化分析。正交试验的结果表明，PTFE含量的改变对空气电极的电极电位影响最大。利用优化后参数制备的空气电极在100mA·cm-2下的电极电位为-0.288V（νs.Hg/HgO）。往催化层中添加造孔剂，研究造孔剂的不同种类和用量对空气电极性能的影响。结果表明加入25mass%的PEG-200可以有效增大催化层内部次生孔数量，提升电极放电能力。此条件下制得的空气电池，其工作电压可

7、达到1.49V。关键词：铝-空气电池；空气电极；催化层；Ag-Ni；氧还原反应-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractWiththedepletionoffossilenergy,thedevelopmentofnewenergysourceshasbecomeatoppriority.Theanodeofthemetal-airbatteryusesareactivemetalfortheelectron-depletingreaction,andthecathodeabsorbstheoxygenintheairfortheoxygenredu

8、ctionreaction.Theba