【摘 要】
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锌-空气电池因具有极高的理论比能量密度(1218 Wh kg-1),被视为新一代能源存储设备并受到了广泛关注。同时,随着柔性可穿戴电子器件的兴起和对水下动力电池的迫切需求,高安全的锌-空气电池有望在上述应用领域实现弯道超车。本论文采用模板法制备了过渡金属和氮掺杂的碳基催化剂,通过淀粉接枝丙烯酰胺制备了碱性聚合物凝胶电解质,并实现了在不同条件下锌-空气电池中的应用。首先,我们利用低成本的氯化钠作为模
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锌-空气电池因具有极高的理论比能量密度(1218 Wh kg-1),被视为新一代能源存储设备并受到了广泛关注。同时,随着柔性可穿戴电子器件的兴起和对水下动力电池的迫切需求,高安全的锌-空气电池有望在上述应用领域实现弯道超车。本论文采用模板法制备了过渡金属和氮掺杂的碳基催化剂,通过淀粉接枝丙烯酰胺制备了碱性聚合物凝胶电解质,并实现了在不同条件下锌-空气电池中的应用。首先,我们利用低成本的氯化钠作为模板、三聚氰胺作为碳源和氮源,制备了具有碳纳米管和碳纳米片堆叠结构的催化剂（Co/Fe-N-C）。在Co和Fe的摩尔比为2:1时该催化剂具有最优的ORR和OER催化活性,其ΔE值仅为0.72 V。此外,Co/Fe-N-C催化剂在锌-空气电池的应用中展现出良好的功率密度和放电比容量,并能在恒流充放电测试中稳定工作180 h。其次,我们通过淀粉接枝丙烯酰胺制备了具有高电解液保持性能和离子导电性的双交联三维网络结构碱性聚合物凝胶电解质（S-PAM）,改善了电解质和电极之间的接触情况。基于该电解质组装的柔性锌-空气电池不但具有较高的工作电位和循环稳定性,而且表现出良好的耐弯折、锤击性能并保持稳定工作,证实了Co/Fe-N-C催化剂和S-PAM电解质在柔性锌-空气电池中应用的可行性。最后,我们设计并组装了具有大面积气体吸附层辅助的锌-空气电池。验证了大面积气体吸附层能够吸附水中的氧。实现大面积气体吸附层辅助的水下锌-空气电池在1 m A cm-2电流密度下稳定放电70 h,在恒流充放电的过程中充放电的极化电位仅为传统锌-空气电池的一半并表现出较好的稳定性。
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