锂空气电池多孔碳电极材料的制备及性能研究

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1、学校代码10530学号201006031279分类号O646密级硕士学位论文锂空气电池多孔碳电极材料的制备及性能研究学位申请人宋云峰指导教师王先友教授学院名称化学学院学科专业物理化学研究方向化学电源二○一三年六月ThestudiesonpreparationandelectrochemicalperformancesofporouscarbonselectrodematerialforlithiumairbatteryCandidateYunfengSongSupervisorProf.XianyouWangCollegeChemistryProgramPhysi

2、calChemistrySpecializationElectrochemicalpowersourcesDegreeMasterofScienceUniversityXiangtanUniversityDateJune2013湘潭大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我个人在导师的指导下，在湘潭大学攻读学位期间由本人独立进行研究所取得的研究成果。据本人所知，除了文中加以标注引用和致谢的地方外，不包含其他人或其他机构撰写发表的成果作品。对本研究的启发和所取得的研究成果做出一定贡献的个人和集体，均已在论文中明确标明并表达了谢意。本声明的一切法律结果将

3、完全由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解湘潭大学关于保留、使用学位论文的规定，学校有权保留并向国家图书馆送交论文的复印件和电子版，论文允许被查阅和借阅。本人授权学校可以公布本学位论文的全部或部分内容，为教学和科研目的，可以将本论文编入有关数据库进行检索与阅读，可以采用影印、缩印或其他等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按湘潭大学规定处理。作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日摘要严峻的环境问题以及能源危机，使得锂离子电池在全球范围内得到广泛的发展。虽然大容量锂离子电池在电动汽车领域备受关注，但它的能量密度仍然受限

4、于正极活性物质。相对于其他体系的能量存储系统，因为锂空气电池的正极活性材料(O2)不必存储在电池中，而是可以直接从空气中获取，所以锂空气电池表现-1出更高的理论比能量。除去O2，锂空气电池的理论比能量高达11140Whkg，比传统电池的能量密度高出几个数量级，很有潜力成为新一代的二次电池。但锂空气电池的放电产物不溶于有机电解液，只能在多孔碳空气电极上沉积。因此，合成一种有利于放电产物沉积的载体碳材料对提高电池性能有着重要作用。同时，空气电极需要加入合适的催化剂以提高O2在阴极的还原反应速率。本文主要探讨催化剂和空气电极载体碳材料的制备及其性能。主要结果如下：(1)

5、采用水热法在不同温度下制备了不同晶型的二氧化锰。实验结果表明，制备的α-MnO2具有纳米棒状结构，直径大约为100nm，长度为2μm左右；-2β-MnO2呈颗粒状。其中，α-MnO2具有最佳的放电性能，在0.15mAcm电流密-1度下，首次放电容量为1239.9mAhg，放电平台为2.5V。(2)水热法制备的一种部分石墨化的无定形多孔碳材料(MOF-PC)，其比表面2-13-1积为654.5mg，孔容为0.76cmg。电化学测试表明，用MOF-PC作载体的锂空气电池比传统SuperP碳材料作载体具有更佳的首次放电容量和循环性能。-2-1在0.15mAcm电流密度下

6、，MOF-PC首次充放电容量为1502.9mAhg，电池-1经过10次循环后容量仍保持在287.6mAhg。(3)通过氧化镍模板与表面活性剂模板合成了一系列层次多孔碳材料(HPCs)。实验结果表明，四种HPCs主要为介孔结构，且具有类似的孔径和孔径2-1-2分布。其中，HPCs-3具有最高的比表面积691mg，在0.1mAcm电流密度-1下，以其作为载体具有最高的首次放电容量(2050mAhg)。HPCs-3电池在0.1mA-2cm电流密下深度放电时，电池容量衰减较快，但是限制放电容量为800mAh−1g，电池经过10次循环后容量无衰减，容量保持率为100%。关键

7、词：锂空气电池；氧还原催化剂；MOF-5；层次多孔碳；空气电极IAbstractCrucialenvironmentalissuestogetherwithenergyresourcecrisismakethedevelopmentofimprovedlithiumbatteriesaworldwideimperative.Althoughlargecapacitylithium-ionbatteryforelectricvehicle(EV)hasattractedmuchattention,itsenergydensityisstilllimitedbythe

8、posit