论文摘要
金属空气电池作为新一代极具潜力的动力电池体系而备受关注,有可能为突破目前电动汽车续航瓶颈提供一套可行的解决方案,并在航空航天、军事等领域有极广泛的应用前景。综合考虑工作电压、理论能量密度及比容量等因素,锂氧电池相比于其它金属空气电池优势明显,近年来受到了非常广泛的关注。但目前锂空气电池的应用仍存在许多问题,而电极材料的选择和结构的优化被认为是解决这些问题的有效手段。目前已有多种类型的材料被应用于空气正极,例如碳材料、氧化物和配位聚合物等。其中碳材料具有比表面积大、导电性好、稳定性强、可调控等优势,已成为最具潜力的一类锂空气电池正极材料。由于正极材料的微观孔结构会影响氧在空气电极界面的扩散以及电解液在空气电极中的扩散,最终极大影响锂空电池的性能,所以碳材料中不同孔结构的合成与系统性的应用研究尤为重要。以此为背景,本文开发了一种合成二级孔道碳材料的方法,并进一步通过调控二级孔道的结构,较为系统地研究了碳材料孔结构对锂空气电池性能的影响。本文的第一部分通过直接碳化金属有机框架材料（ZIF-8和MnPB）制备了两种碳材料（ZC和MC）,并将它们用于锂氧电池的正极。结果发现,MC碳材料的首圈充放电比容量（分别是2583.6 mAh/g和2425.9 mAh/g）大于ZC碳材料（分别为2267.2 mAh/g和1999.9 mAh/g）。MC和ZC两种材料的循环稳定性相近,但MC碳材料具有更高的可逆性。从BET分析可知,MC碳材料的比表面积要比ZC碳材料小很多,这表明碳材料的比表面积不是决定电化学性能的唯一因素,较大的大孔和介孔体积可能是导致MC碳材料电化学性能更好的原因。在第二部分中,我们先是应用离心场成功制备了具有多级孔径的新型碳材料150PCN-dual（由150 nm的PS球与ZIF-8作为双模板而得）,将其与第一部分中的微孔碳材料ZC进行比较,发现150PCN-dual的大孔结构有助于得到更高的放电比容量（6465.6 mAh/g）。这是由于150PCN-dual的大孔结构可以作为反应产物的储存场所,并且避免了放电产物的团聚。紧接着我们合成了一系列的多级孔碳材料（命名为DPCN-dual,D表示PS微球的直径）,测试了它们作为锂氧电池正极材料时的性能。电化学结果表明在100 mAh/g的电流密度下,电池比容量随着孔径的增加先增大后减小,并在大孔孔径尺寸约为100nm（150PCN-dual）时性能达到最大值。这是由于150PCN-dual不仅具有较大的比表面积和介/大孔体积,而且其孔径尺寸正好与正极放电产物的生长尺寸相匹配。
论文目录
文章来源
类型: 硕士论文
作者: 葛琼
导师: 胡炳文,陈梦迪
关键词: 锂氧电池,金属有机框架材料,纳米多孔碳材料,氮气吸附脱附
来源: 华东师范大学
年度: 2019
分类: 工程科技Ⅰ辑,工程科技Ⅱ辑
专业: 无机化工,无机化工,材料科学,电力工业
单位: 华东师范大学
分类号: TM911.41;TQ127.11;TB383.1
总页数: 66
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标签：锂氧电池论文; 金属有机框架材料论文; 纳米多孔碳材料论文; 氮气吸附脱附论文;