【摘 要】
：
可充电锌-空气电池（Zn-Air Batteries,ZABs）因其高比能量密度、低成本和高安全性被认为是一种有前途的下一代能量转换装置。然而,空气阴极材料的缓慢动力学和较差的电化学稳定性在很大程度上阻碍了它们的商业化,导致其不令人满意的可充电性和能量的转化率很低。如今,金属铂和钌/铱的氧化物催化剂分别被开发应用在氧还原反应（Oxygen Reduction Reaction,ORR）和氧析出反应
论文部分内容阅读
可充电锌-空气电池（Zn-Air Batteries,ZABs）因其高比能量密度、低成本和高安全性被认为是一种有前途的下一代能量转换装置。然而,空气阴极材料的缓慢动力学和较差的电化学稳定性在很大程度上阻碍了它们的商业化,导致其不令人满意的可充电性和能量的转化率很低。如今,金属铂和钌/铱的氧化物催化剂分别被开发应用在氧还原反应（Oxygen Reduction Reaction,ORR）和氧析出反应（Oxygen Evolution Reaction,OER）。不幸的是,这些贵金属基催化剂的高成本和有限供应阻碍了ZABs的大规模商业化。因此,开发具有优异双功能性能的地球丰富且成本效益高的贵金属电催化剂对于推动可再充电ZABs的商业化非常有必要。因此,本文设计了简单的方法合成了非贵金属多孔碳材料应用于锌-空气电池。主要做了以下两项研究:（1）一种由铁修饰的双金属沸石咪唑框架（Zeolitic-imidazolate Framewrok）衍生的铁钴空心多孔纳米碳材料的成功制备。所开发材料独特的三维互连中空多孔碳结构以及相应双金属系统的协同效应,它显示出良好的双功能氧电催化性能。与商用的20%Pt/C和Ir O2或Ru O2相比,Fe-Co-N-PC催化剂的氧还原反应半波电位（ORR）达到0.81 V（Pt/C为0.84 V）,在电流密度为10 m A/cm~2下的析氧反应过电位（OER）为0.43 V（Ru O2的过电位为0.4 V）。以Fe-Co-N-PC制成阴极的可充电液态锌-空气电池,其功率密度为100.2 m W/cm~2,循环稳定性为2500min,与商用Pt/C-Ru O2相比,其性能更好（Pt/C-Ru O2的功率密度和循环稳定性分别为99.2 m W/cm~2和2200 min）。此外,所制备的可充电液体ZABs和柔性固态ZABs的开路电位（OCP）分别高达1.47 V和1.45 V。此外,该材料还具有良好的弯曲灵活性和稳定性。总的来说,这一发展为固态ZABs提供了一种新的方法。（2）金属-有机骨架（Metal Organic Framework,MOF）由于其可控、高比表面积和丰富的氮含量而被用作非贵金属催化剂。但考虑到其在碳化过程中,由于高温会引起收缩。在此,通过一步合成法将MOF转化为三维多孔Co-N-C催化剂,并报道了Zn和PVP的联合作用。Co-N-C展现了优异的氧还原反应（ORR）性能(E1/2=0.83 V)和氧析出反应（OER）性能(Ej10=1.65 V)。更有意义的是,与Co-N-C催化剂组装的锌-空气电池（ZABs）表现出优异的3100 min循环充放电稳定性和109.8 m W/cm~2的高功率密度,循环充电/放电稳定性为2600 min,功率密度为96.1 m W/cm~2.基于Co-N-C催化剂的固态ZABs也表现出良好的灵活性和稳定性。这为研究双功能氧电催化剂思维方式拓宽了路径。本文以ZnCo-MOF为前驱体,通过引入不同金属Zn,Co,Fe形成的碳材料催化剂,从而达到提高催化活性和实现多功能的目的。制成的催化剂不仅具备良好的多功能,并且在应用于液态和固态锌-空气电池方面也具有优异的电池性能。通过不同的化学表征手段和性能测试,研究了不同因素对催化剂性能影响,为锌-空气电池的研究提供了一种新思路。图30表6参149
其他文献
近年来,随着我国智能化矿山建设的兴起,全断面掘进机（TBM）在深井煤矿岩巷掘进中的推广应用得到快速发展。但与之配套的锚网喷支护因工序转换多,支护施工进度常滞后于TBM掘进速度,以及不能满足复杂岩层段支护强度要求等问题,已成为制约TBM在上述工况下掘进效率、影响施工安全的技术瓶颈,亟待研究解决。故此,开展TBM掘进煤矿巷道新型装配式钢板支护结构变形与力学特性研究,对解决TBM深井煤矿岩巷掘进存在的技
蜂窝梁由于具有轻质高强、结构合理、便于布线、外形美观等优点,在工程建设中应用越来越广泛,通过对蜂窝梁的优化设计,提高蜂窝梁稳定性能、降低成本是值得深究的课题。由于蜂窝梁结构复杂,影响其性能指标的参数较多,且挠度、应力等性能指标求解困难,传统的蜂窝梁优化方法一般基于某些试验或理论计算,仅采用控制变量法单独优化蜂窝梁的部分设计参数,难以实现全部尺寸的同时优化。为了获取蜂窝梁的最佳设计参数,本文研究采用
冻土处于减速蠕变时认为冻土内部不产生损伤,因此减速蠕变阶段可以采用经验方程描述蠕变过程。当冻土蠕变进行到某一程度,冻土出现非衰减蠕变时,冻土进入加速蠕变阶段,会有较大的蠕变变形,冻土内部产生损伤,导致土体破坏。本文进行了三种不同负温下的冻土单轴蠕变试验,根据试验结果分析了经验模型中的参数,冻土在蠕变速率方面的变化规律与达到稳定需要的时间。经验方程可以较好地描述冻土减速蠕变阶段变形,但是经验方程不能
我国是世界第一的产煤大国,也是煤炭消耗量居多的大国,在开发利用煤炭资源的同时也暴露出了很多问题,如煤炭开采所涉及的安全问题。在煤炭资源开采后,原岩应力平衡遭到破坏,为了达到新的应力平衡状态,岩层和地表将产生移动、变形和破坏,这将引起开采范围内的建筑物、水体、铁路及井巷的变形和破坏。为了研究煤炭开采过程中地表沉陷对邻近建筑群的影响,本文以潘一煤矿1551（1）工作面及附近的建筑群为研究对象,采用实地
在边坡滑塌、不均匀沉陷等路基病害极易发生的多年冻土区，片块石路基是一种常见的路基结构，而其在高纬度林区的应用研究还相对较少。针对高纬度林区多年冻土体积含冰率高、对温度变化敏感等特征，以高纬度林区某段公路多年冻土片块石路基工程为例，建立冻融循环热力耦合数值模型，分析了片块石路基温度场和应力-应变场的变化规律，研究了路基冻胀融沉的热力学机制。结果表明：高纬度林区多年冻土片块石路基的温度场，在地下2 m
光与物质的相互作用一直是光学领域的一个很重要的课题,腔光力学系统是通过辐射压力研究电磁场与机械系统之间相互作用的一门学科,随着光力器件的理论和实验不断向微型进行,光学谐振腔最高可达到纳米级,由于谐振腔中的力学振子具有极其微小的质量,所以在力学振子与腔模光子相耦合时可以使纯粹的量子效应变为可能。目前,腔光力学领域的研究涉及到许多不同的系统,纳米机械谐振器在各个领域都得到了快速发展,其中腔磁力学系统已
在城镇化建设高质量发展的时代背景下,顶管法作为最有效的非开挖技术,在城市地下空间的开发与利用中得到了越来越多的推广。为保证顶管的顺利顶进,工程中常采用管片同步注浆法,即在顶管顶进的同时由管片预制注浆孔向土层注浆。但浆液的压注会引发浆液在土层中的渗透扩散并影响到减阻效果与周围环境,因此有必要对顶管用注浆系统尤其是浆液的渗透扩散距离做深入研究。目前有关于浆液渗透扩散距离的研究多集中在隧道盾尾同步注浆,
人类对化石燃料的需求日益增加,消耗的同时也带来了环境污染和能源短缺问题,光催化技术是一种有效解决方法。二氧化钛（TiO2）是最成熟的半导体光催化剂之一,由于其成本低、无毒和光催化活性高等优点,在太阳能电池和光催化降解等邻域得到了广泛的应用。但其本身也存在着一定的缺陷,较大的禁带宽度和光生载流子的快速复合,降低了其光催化活性。利用金属硫化物（Sn S2、Mo S2）和金属有机骨架（ZIFs）构建异质
人工微结构阵列又被称为人工电磁介质或者超材料,通常是以结构单元周期性地排列成阵列的形式,是一种亚波长尺度的人造周期性材料。人工微结构阵列具有自然界中一般材料所不具备的电磁特性,如负介电系数、负磁导率、负折射率等,因此人工电磁介质中可产生负折射、逆多普勒效应和逆切伦科夫辐射等奇特现象。人工微结构阵列中的微结构单元可等效为自然材料中原子或分子,通过改变其单元结构及排列周期可灵活地调控人工微结构阵列的电
非线性光学是光学的一个领域,包括当材料系统对施加的电磁场的响应在电磁场的振幅上是非线性时出现的现象。自六十年代初发现激光器以来,在石英晶体中观察到了二次谐波的产生,非线性光学的发展一直非常迅速。从那时起,非线性光学已经迅速发展成为一个成熟的科学和工程领域。非线性光学潜在应用在电信的高速数据传输、图像处理和识别,或者间接应用于工业、医学、生物学、数据存储和检索等领域获得大波长范围可调谐激光器的可能性