镍钴金属基锌—空气电池的制备及性能研究

来源 :兰州大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:xiao959907530
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化石燃料的快速消耗以及由此所带来的环境污染问题,使可持续的能量收集、存储以及转换装置在能源的可持续发展中显得尤为重要。锌-空气电池由于具有极高的理论能量密度和比容量受到越来越多的关注。在可充电锌-空气电池工作过程中,电极上发生的反应分别为氧还原反应(ORR)和析氧反应(OER)。迄今为止,能有效促进ORR的催化剂是Pt/C及其合金,而对于OER则是Ir,Ru以及它们的氧化物。这些贵金属材料,由于它们的稀缺性以及较差的稳定性严重限制了它们的大规模实际应用。因此,锌-空气电池发展的关键因素是能够找到低成本,高活性和高稳定性的双功能催化剂。本论文主要由以下几个方面的工作构成。1、本论文通过简单的硒化过程,将NiCo2O4纳米片转变成多孔结构的(Ni,Co)Se2纳米片,同时调节了样品的电导率和比表面积。与NiCo2O4纳米片相比,多孔(Ni,Co)Se2纳米片表现出了高效的OER和ORR电催化活性。电化学测试结果表明,(Ni,Co)Se2多孔纳米片基锌-空气电池具有稳恒的1.38 V的开路电压。在充放电循环的测试中,它的充电电压为1.98 V,放电电压为1.17 V,并且经过140多个小时的充放电循环测试后,电池的充放电性能并没有表现出很明显的衰减,表明该电池具有良好的充放电循环稳定性。在5 mA/cm2的电流密度下测试的该电池的比容量为770 mAh/g。以上结果表明,多孔(Ni,Co)Se2纳米片可以作为一种优异的可充电锌-空气电池的空气阴极材料。2、利用一步烧结法制备了Ni/Co合金和N掺杂的碳纳米管复合的材料(NiCo@N-CNT)。由于该复合材料所具有的核壳结构以及内部的双金属电子协同效应,表现出了比单一金属样品更优异的析氧及氧还原催化活性。使用NiCo@N-CNT复合材料作为空气阴极材料组装的可充电锌-空气电池具有较大的开路电压(1.46 V),较大的比容量(760 mAh/g),优异的充放电性能(充电时为1.95 V,放电时为1.24 V)以及出色的充放电循环稳定性(100小时以上)。这些结果表明,该材料可以作为未来锌-空气电池的双功能电催化剂。
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