【摘 要】
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随着电子便携设备和交通运输工具的快速发展,传统燃料的使用导致能源枯竭、环境污染问题加重,因此能源供应及储存方式也有了较大的变革,新型储能设备成为了人们研究的热点问题。从技术和经济两方面来看,锌空气电池具有更高的理论能量密度1086 Wh kg-1,成本比锂电池低,是未来电动汽车中替代锂电池的可行选择。在锌空气电池中,空气电极的催化活性和稳定性对电池性能的提升起着决定性的作用,因此选择一个高催化效率
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随着电子便携设备和交通运输工具的快速发展,传统燃料的使用导致能源枯竭、环境污染问题加重,因此能源供应及储存方式也有了较大的变革,新型储能设备成为了人们研究的热点问题。从技术和经济两方面来看,锌空气电池具有更高的理论能量密度1086 Wh kg-1,成本比锂电池低,是未来电动汽车中替代锂电池的可行选择。在锌空气电池中,空气电极的催化活性和稳定性对电池性能的提升起着决定性的作用,因此选择一个高催化效率和高稳定性的析氧反应/氧还原反应（OER/ORR）电催化剂至关重要。本文采用两种方法制备了具有高催化活性和稳定性的OER/ORR双功能碳基催化材料,并组装成具有高循环稳定性的锌空气电池,取得的主要研究成果如下:通过Si02模板法制备了多种金属/氮碳材料,并通过调控金属掺入量优化材料的电催化性能。将氮和过渡金属元素掺杂到碳材料中调整碳原子的电子结构,从而使碳原子对氧气有更强的吸附,界面处过渡金属与氮-碳之间的强耦合可以为OER/ORR提供活性位点。最终得到了Fe0.05Co0.5Ni0.05/NC催化剂具有优越的OER/ORR双功能活性（E10为1.59 V,E1/2为0.80 V）,该材料用于锌空气电池空气电极时,可获得优异的循环稳定性（24000 min）。以Na4Fe（CN）6为原材料,通过简单的两步离子交换热解的方法,得到碳包覆的FeCo合金,具有卓越的OER/ORR双功能活性,Co源加入后形成的FeCo合金促进了OER/ORR活性位点的形成,有利于电催化过程中中间体的传输,而且包覆在FeCo合金外围的碳层,具有良好的导电性,用作锌空气电池的空气电极时具有较高的稳定性,电池可稳定循环超过2500 min,充放电电势差仅为0.65 V。
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