基于金屬氧化物類催化劑的制備及在金屬空氣電池中的應用設計.pdf

1、金屬空氣電池因其陽極材料豐富、成本低、制備工藝簡單、環(huán)境友好等特點，作為一種綠色能源電池，受到人們的重視。鎂空氣電池陽極反應速率遠遠高于陰極空氣電極的氧還原速率，因此陰極氧還原催化劑的催化性能決定了金屬空氣電池的性能。開發(fā)新型、高效的氧還原催化劑，成為金屬空氣電池的重點研究課題。
　　本文選擇制備存在大量晶格缺陷的非晶型 MnO2，以增加催化劑活性位點，載體選用羥基碳納米管，能夠強化氧氣傳質(zhì)，提高導電性能，提高MnO2在納米碳管上

2、的的分散性和結(jié)合牢固度。結(jié)果表明，MnO2/CNTs-OH催化劑起始還原電位為0.032Vvs.Hg/HgO，半波電位為-0.175V vs.Hg/HgO，轉(zhuǎn)移電子數(shù)3.89，塔菲爾斜率88.9mV/dec，催化氧還原性能優(yōu)異。金屬空氣電池性能測試中，鎂空氣電池峰功率密度為77mW/cm2，鋁空氣電池峰功率密度能夠達到100.5mW/cm2，電池放電性能優(yōu)異。
　　通過調(diào)節(jié)錳鈷復合氧化物中心原子比例，合成高催化活性的MnCo2O4

3、，進一步摻雜稀土元素La，調(diào)控MnCo2O4的晶型結(jié)構(gòu)，提升復合金屬氧化物催化性能。以活性碳等多種碳材料為載體對復合氧化物進行固載，提高電子傳導能力，強化氧氣傳遞，增強催化劑分散性，提高催化劑氧還原性能。電化學實驗數(shù)據(jù)表明，LaxMn1-xCo2O4/3d-C催化劑的起始還原電位為0.038Vvs.Hg/HgO，半波電位為-0.102Vvs.Hg/HgO，轉(zhuǎn)移電子數(shù)為3.96，表現(xiàn)優(yōu)異的氧還原性能及耐久性。鎂空氣電池性能測試中，電池峰功

4、率密度能夠達到71.5mWcm-2，表現(xiàn)了良好的電池性能。
　　考慮到金屬復合氧化物的晶相、結(jié)構(gòu)及形貌，對其催化性能的影響，通過溶劑熱法分別制備尖晶石型CoFe2O4、非晶型CoFe2O4催化劑，選用活性碳等多種碳材料為載體，解決催化劑電子傳導、強化氧氣傳遞等問題。結(jié)果表明，CoFe2O4/3d-C催化劑電化學性能最好，起始還原電位為0.01V vs.Hg/HgO，半波電位為-0.121Vvs.Hg/HgO，轉(zhuǎn)移電子數(shù)為3.92，

5、催化劑的氧析出電位為0.524Vvs. Hg/HgO，雙功能催化劑催化性能優(yōu)異。
　　以二聚氰胺為原料，模板法制備多孔C3N4，能有效防止熱解后形成的碳氮原子簇片層的堆疊，增加比表面積，提高催化劑活性。熱解過程中摻雜過渡金屬鹽，形成金屬碳氮原子簇能夠增加高催化活性位，進一步提升催化劑性能。電化學實驗數(shù)據(jù)表明，CoC3N4@SiO2/C催化劑性能最好，堿性電解液環(huán)境下，起始還原電位0.015V vs.Hg/HgO，轉(zhuǎn)移電子數(shù)3.81