一、聚四氟乙烯在锌—空气电池中的应用（论文文献综述）
陈鹏[1]（2021）在《Co/Fe-N-C催化剂的构筑及其在锌-空气电池中的应用》文中指出锌-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。
唐德键[2]（2021）在《金属—空气电池钴基电催化剂的构筑及应用》文中提出在电化学储能器件中,金属-空气电池以其超高的理论能量密度受到了广泛的关注,其ORR和OER催化反应动力学是电池取得性能突破的关键性因素。为此,科研人员积极探究各种高效催化剂来降低ORR/OER反应所需的极化电势,促进反应的快速进行。在本文中,我们也构筑了如Co/N-C、Co P和Co（1-x）S以及Ti（PO4）（Co PO4）等多种钴基催化剂,用以改善锂-空气和锌-空气电池的电化学性能。首先,我们基于ZIF-67衍生出了具有高催化活性的Co/N-C材料。实验以水为溶剂并添加N,N-二甲基乙醇胺调节溶液环境而捕获Co2+,利用配体交换可得到高产率和高结晶度的ZIF-67,高温碳化后的Co/N-C拥有大量的纳米级碳管结构,其酸洗产生的表面缺陷大大增强了催化活性,甚至优于Pt/C,在锂-空气电池中以100 m A g-1为电流密度、1000 m Ah g-1为截止比容量可工作50圈,在锌-空气电池中以10 m A cm-2为电流密度也可稳定循环近150 h。其次,我们基于复合材料ZIF-67@MWCNT,以次磷酸钠和硫代乙酰胺为磷源和硫源,分别利用气相反应和溶剂热进行磷化和硫化处理得到相应的复合产物Co P@MWCNT和Co（1-x）S@MWCNT,在锂-空气电池中100 m A g-1和1000 m Ah g-1的条件下分别可工作25和40圈,在锌-空气电池中10 m A cm-2下也能稳定循环75 h和100 h。最后,我们利用溶剂热法制备出了一种β相钛基磷酸盐Ti（PO4）（H2PO4）,利用N,N-二甲基乙醇胺/水的混合溶剂对其进行彻底溶解和剥离,Co2+交换后可再次沉淀析出得到含钴催化剂Ti（PO4）（Co PO4）,我们将其与MWCNT原位复合以作为导电网络和结构支撑,经过250℃热处理的最终产物Ti Co PO-40-250在锂-空气电池中可工作25圈,在锌-空气电池中也能稳定循环95 h。
张清[3]（2021）在《掺杂碳纳米纤维的制备及其在锌-空气电池中的应用》文中研究指明锌-空气电池（Zinc-Air Battery,ZAB）作为新一代能量转换和储存装置具有绿色高效等优点,但阴极（空气电极）反应的动力学十分缓慢导致其能量转换效率较低。目前阴极所使用的贵金属催化剂储量稀少、价格昂贵、稳定性差,严重限制了锌-空气电池的大规模生产与应用,因此开发稳定高效和低成本的空气电极催化剂对锌-空气电池的商业化具有重要意义。杂原子掺杂的碳被认为是可取代贵金属催化剂的一类材料。基于此,本文利用静电纺丝技术制备了一系列具有一维结构的掺杂碳纳米纤维电催化剂,并将其实际运用于锌-空气电池中,主要研究结果如下:（1）以聚丙烯腈和硫脲为原料,通过静电纺丝和多步热处理相结合的方式制备了氮硫共掺杂的碳纳米纤维（N,S-CNF）。该材料的三维交联导电网络结构和丰富的活性中心使其在碱性介质下表现出优于商业Pt/C的电催化氧还原活性、电化学稳定性和耐甲醇性。当其作为阴极催化剂实际运用于锌-空气电池中时,电池表现出比Pt/C基ZAB更高的功率密度和比容量。此外,在机械充放电过程中,该电池保持了连续放电135 h且电压无明显下降。（2）将聚丙烯腈和三聚硫氰酸直接混纺,再一步热解制备了氮硫共掺杂碳纳米纤维（N,S-CNF-1-900）。三聚硫氰酸在热解过程中分解产生气体将N和S原位掺杂进碳骨架,同时有效避免纳米线之间的烧结,使材料维持了较高的比表面积。此外,还探究了热解温度以及三聚硫氰酸用量对催化ORR性能的影响。N,S-CNF-1-900在碱性介质中催化氧气还原时,起始电位和半波电位分别为0.96 V（vs.RHE）和0.83 V（vs.RHE）,接近商业Pt/C。基于N,S-CNF-1-900的ZAB也表现出较高的功率密度、比容量和良好的稳定性。（3）通过电纺聚丙烯腈和Co-NTA,再经过原位热解和酸处理合成了钴氮共掺杂的碳纳米纤维（Co-NTA/PAN-900）。一维结构的Co-NTA在热解过程分解产生气体并被碳热还原成Co镶嵌在碳纳米纤维中,酸处理可除去碳纳米纤维表面多余的Co,进一步增大材料的比表面积。Co-NTA/PAN-900丰富的电催化活性中心（Co-N、吡啶氮、石墨氮）和连续的导电网络使其在碱性介质中具有出色的ORR和OER双功能催化活性(EJ10-E1/2=0.75 V)。Co-NTA/PAN-900作为可充式锌-空气电池的阴极催化剂时,表现出较小的充电-放电间隙和充放电循环稳定性。
周天培[4]（2021）在《锌空气电池中氧反应电催化剂的表界面调控研究》文中认为随着社会经济的快速发展,人们对于高效绿色安全可靠的先进能源器件的需求也越来越迫切。尤其是在新一代便携式能量存储器件和高能量密度电池储能领域,传统的电池系统在能量密度、安全性、环保、价格等方面已经越发难以满足人们的需求。这也激发了人们对于新型能源器件的持续探索和研发。其中以锌合金和空气中的氧气作为燃料的锌空气电池因其极高的能量密度、环保可回收、安全不爆炸等特性受到了人们的广泛关注。事实上,在本世纪初,一次锌空气电池在助听器上已经被广泛应用。然而在更加广泛的领域,比如个人便携式设备（智能手机、笔记本电脑、增强现实眼镜等）供电,为基站或者电网提供电力的大功率储能设备领域,由于锌空气电池较低的放电功率,充电效率和使用寿命,暂时还无法进行大规模商业化应用。锌空气电池目前存在的问题主要归因于其在正极空气膜电极催化层上进行的缓慢氧还原（ORR,Oxygen Reduction Reaction）和氧电催化析出反应（OER,Oxygen Evolution Reaction）。由于ORR反应和OER反应都涉及四电子转移过程,其动力学活性较为缓慢,因此极大限制了电极上的反应速率,需要使用催化剂来加速反应的进行。而对于锌空气电池上的氧催化反应来说,其是存在于三相反应界面中的异相催化反应过程。其主要的反应过程可以概括为以下四个关键因素:其一,对于催化剂来说,需要其表界面处有足够的活性位点与反应物充分接触,充足的反应面积是一切的基础;其二,对于氧反应催化剂来说,反应中间体的吸脱附能决定着ORR和OER反应的限速步,因此优化的反应活化能对于反应的快速进行十分重要;其三,加快电子在催化剂表界面上的快速传导可以极大降低反应过电势,因此表界面上高效的反应通路也十分重要;其四,锌空气电池上氧反应需要稳定的气、固、液三相界面,从而使催化剂可以与氧气、离子充分接触,因此对于气体、离子扩散通道的构筑同样十分重要。从上可以看出,表界面物化性能对于锌空气电池催化剂的反应活性和稳定性具有举足轻重的作用。本论文从锌空气电池的实际应用需求出发,选取储量丰富,价格低廉,表界面化学属性易于调控的碳基和过渡金属基催化剂为研究对象。通过多种表界面调控策略,对决定锌空气电池上电催化氧反应催化剂的关键因素:活性位点数和反应活化能、电导率、物质输运能力进行合理的优化,保证锌空气电池的放电功率,充放电效率和使用寿命都得到稳步提升。本论文旨在通过表面阴离子表面修饰,表面掺杂及电化学重构,界面耦合,孔道界面限域工程等表界面调控手段对过渡金属ORR和OER催化剂的催化活性和稳定性进行有效提高;立足于大功率长寿命锌空气电池的实际应用,结合锌空气电池上催化剂的实际反应环境,为深入理解表界面调控策略优化过渡金属催化剂的电化学性能提供新的思路。本论文的具体内容包括以下几点:1.锌空气电池需要优异的ORR催化剂来提升其放电功率,然而目前被最广泛报道的Fe-N-C氧还原催化剂在制备过程中存在因为高温煅烧而导致铁基颗粒团聚严重,高活性反应位点急剧减少,反应能降低的问题,作者提出了表面硫引入的掺杂方法,制备出一种Fe-Nx物种在N,S共修饰碳基底上的原子级分散的高效氧还原电催化剂。通过系统的结构表征对比分析,作者发现硫的引入可以抑制Fe物种在高温锻烧过程中因为热迁移而导致的团聚现象,同时促进Fe-Nx物种在碳基表面的形成与高度分散,有利于反应活性面积的提高。此外,系统的同步辐射光谱和DFT理论计算分析则显示高度分散的Fe-Nx位点和N,S的掺杂对于碳基底的电子结构有着显着优化,从而更加有利于电子在活性位点和基底间的传输以及对于氧反应活化能的优化。所制备的S,N-Fe/N/C-CNT在碱性条件下展现出对优异的ORR电催化活性,并且将这种电催化剂集成到可充电的锌空气电池中也显示出较小的充放电电压间隙和较高的循环寿命。本章工作将为利用表面合成化学手段合理设计具有高反应活性面积和优化反应活化能的高性能ORR催化剂铺平道路。2.表面阴离子工程调控策略已经被认为是提升催化剂性能的一种最有前途的化学方法。它不仅能够通过载流子的注入提高材料本征的导电性,也有助于催化在电化学活化过程中活性位点的大量生成。然而,常作为可充电锌空气电池OER催化剂的钴基材料来说,表面阴离子修饰倾向于形成更强共价性的金属-阴离子化学键,这对阴离子参与表面重构不利。在本章工作中,作者通过引入新型的氟阴离子表面修饰方法,合成了具有高OER活性的F离子表面修饰钴基氧化物。系统的XAS和XPS测试表明,具有最强电负性的F离子倾向于形成弱的金属-氟键并获得更强的离子性,从而有利于Co基氧化物发生表面重构。同时由于具有更亲水的表面特性,增强的电子转移能力以及活性反应组分的最佳吸附能,氟阴离子表面修饰的电极材料在碱性条件下的OER催化活性可以大大提高。本工作为丰富表面阴离子修饰方法,深入理解OER催化剂的表面重构过程,设计先进OER电极材料铺平了道路。3.在柔性可充电锌空气电池中,同时提高催化剂的导电性和ORR/OER催化活性是最重要的参数之一。钴基氧化物被认为具有最为优异的ORR和OER双功能催化活性,但是由于其较低的电导率,使得其在可充放电锌空电池上的应用受到了较大限制。在本工作中,作者通过配体辅助热解策略在导电碳基底（金属Co/N掺杂的石墨烯基底）上构筑了一个纳米尺度的超薄Co基氧化层反应活性层,从而通过界面耦合策略构建了一个从高导电基底到具有丰富活性位点CoOx的快速电子传导通路。系统的X射线吸收光谱表征和电子能谱表征分析显示金属Co/N掺杂的石墨烯基底与超薄CoOx层之间的强耦合作用有助于电子从导电基底向反应活性位点的快速转移,从而加速了电催化反应过程。合成得到的电催化剂具有优异的ORR/OER催化活性,并且在柔性锌空气电池测试中展现了极高的功率输出能力。通过界面耦合策略为设计导电性和反应活性优化的电催化剂应用于可充电锌空气电池提供了新的设计思路和方法。4.高能量密度,绿色环保安全且价格低廉的大型锌空气电池为未来的电力系统的能源安全备份和电力储存带来了极大的便利。但是大多数氧还原催化剂在实际电池大电流输出条件下所展现的脆弱稳定性严重限制了其在商业上的进一步应用。在本工作中,作者从锌空气电池三相反应界面原理的角度出发,利用纳米孔道界面限域策略制备得到的高效ORR钴基纳米团簇。同步辐射表征和分子动力学模拟分析说明,受益于限域纳米孔的阻水效应,处于特定纳米孔道中的高活性钴团簇电催化剂具有了稳定的三相反应界面,并且与孔道界面产生了较强的耦合作用,从而实现了电催化过程中电子传导、氧气扩散和离子迁移的协同优化。装配该种催化剂的锌空气电池在高电流密度放电条件下（>90 h@100 mA cm-2）表现出最好的稳定性并具有同大多数已报道的非贵金属催化剂相比更高的功率密度（峰值功率密度:>300mWcm-2,比功率:500 Wgcat-1）。该项工作使得通过界面工程调控气体、离子、电子传输行为,制备兼具超高功率输出和高稳定性的锌空气电池成为了可能。
王凯[5]（2020）在《钴基氧电极材料的制备及其结构性能关系研究》文中研究指明由化石燃料的过度消耗所导致的能源危机和环境污染等问题制约了社会的可持续发展,寻找绿色可循环的能源存储与转换技术迫在眉睫。锌空气电池因其理论能量密度高、环保、安全、成本低等优点而备受关注。锌空气电池的空气正极是最昂贵的电池部件之一,也是决定锌空气电池性能的关键因素。作为一种关键反应过程,O2在电解质和催化剂间传质的难易程度决定了反应过程的效率。合理设计催化剂结构,使空气阴极的性能最大化具有重要意义。传统氧还原反应（ORR）和析氧反应（OER）分别以贵金属（如Pt）和金属氧化物（如Ru O2和Ir O2）为催化剂进行,然而,这些金属基催化剂存在成本高、选择性低、稳定性差和对环境不利等缺点。截至目前,各种电催化剂包括杂原子掺杂碳、过渡金属氮化物/氧化物/硫化物和钙钛矿氧化物已被开发应用,但这些催化剂仍然存在着一些问题,用于锌空气电池氧电极中其性能还不理想。钴基催化剂具有价格低廉、高活性、强稳定性、可以集成氧还原与氧析出双功能等优势,目前备受关注。本论文发展了一系列方法用于制备若干新型钴基高性能、低成本、耐用的催化剂,并测试它们在锌空电池中的性能,同时阐明电催化反应的机理,最终建立起催化剂的结构与性能之间的关联。具体内容包括以下三个方面:（1）由于多孔结构材料在吸附和限域方面具有重要的作用,本部分工作的主要特点是开发并应用了硅藻土的多孔结构,制备了具有氧还原反应（ORR）和析氧反应（OER）活性的纳米复合材料Co Pt-x/DTM-C（DTM为硅藻土）,经研究发现硅藻土显着提高了该材料的电催化活性和耐久性。在硅藻土存在的情况下,Co Pt-1/DTM-C具有较低的氧还原Tafel斜率(63 m V dec-1,在高电位范围内),更大的极限扩散电流密度和更为优异的耐久性。其中Co Pt-1/DTM-C的ORR比活度和质量活度分别为0.74m A cm-2和286 m A mg-1,比未加硅藻土的Co Pt-1/C提高了2.5倍和3.0倍。此外,与Co Pt-9/C催化剂相比较,Co Pt-9/DTM-C的OER过电位降低了近30 m V,Tafel斜率也降低了16 m V dec-1。将这些复合材料用作自组装可充电锌空气电池空气正极材料,Co Pt-9/DTM-C表现出最佳的性能,功率密度为140 m W cm-2、在电流密度为10 m A cm-2时的比容量达到616 m Ah g-1。这项工作为制备金属-空气电池氧可逆电催化剂提供了一种可行且经济有效的策略。（2）该部分工作通过开发一种名为Co（OH）2/Co Pt/N-CN的耦合电催化剂,来推动可充锌空气电池的氧还原和氧析出反应顺利高效进行。经过研究发现三明治多级结构的Co（OH）2/Co Pt/N-CN电催化剂具有与商品Pt/C相当的ORR活性和更好的耐久性,另外,比商品Ir O2催化剂具有更高的OER活性和长期稳定性。Co（OH）2/Co Pt/N-CN用作可充电锌空气电池的空气正极时,具有171 m W cm-2的高功率密度,812 m A h g-1的比容量和优越的循环稳定性。有趣的是,这种分级结构催化剂经过长时间充放电循环测试后依然能够保持结构不变,表明在实际应用方面具有很大的潜力。本章节提出的材料开发策略可以丰富设计和构筑高性价比、高效和稳定耐用的双功能电催化剂的方法库。（3）金属-氮-碳（M-Nx-C）材料在氧还原反应（ORR）非铂族金属（PGM）催化剂上显示出巨大的应用前景。然而,催化性能与其宿主碳基质中原子之间的局部相互作用仍然难以捉摸。这部分工作,我们采用一种简单的策略,在氮掺杂的介孔碳（NC）表面构建原子分散的Co,Fe双活性中心,使其在碱性和酸性介质中能展现出优越ORR电催化性能。多种表征表明,Co、Fe金属原子均匀分布在碳球表面和多孔碳的孔内壁上。X-射线吸收近边结构（XANES）和扩展X-射线吸收精细结构（EXAFS）分析表明,双金属原子之间相互调节电子结构,直接影响NC内部的配位环境。此外,微分原子对分布函数（d PDF）分析表明,不同的金属原子直接影响NC的晶格结构,可以从高度有序调整到轻微无序。密度泛函理论计算（DFT）表明,当Co-Fe二聚体被引入到轻度无序的NC衬底中时,O2分子在Co-Fe位上的吸附自由能为-1.70 e V,该值要低于高度有序衬底的-1.02 e V,较大的负吸附能表明O2分子与Co-Fe位的相互作用有了增强。这部分工作展示了一种构建原子分散催化剂的简单方法,并说明了了解双金属中心如何影响电催化活性的重要性。
安亚苹[6]（2020）在《金属有机骨架衍生多孔阴极材料的制备及在可充Zn-空气电池中的应用》文中认为可充锌空气电池因其能量密度高、放电电压平稳、低成本、可持续发展等优点受到广大研究者的关注,被认为是一种十分具有研究价值和应用潜能的新型储能体系。然而,可充锌空气电池还存在ORR/OER反应动力学仍然较慢、库伦效率不高和循环寿命短等问题,其商业化之路尚有一定距离。本文分别制备了Co/N-C-800和Ni S-Co S2-Co/N-C两种催化剂,采用XRD、SEM、XPS、BET等技术对催化剂进行结构表征。以负载催化剂的泡沫镍为阴极,铜网为阳极,添加Zn O的KOH溶液为电解液,构建锌空气电池体系。通过电化学测试对催化剂的ORR/OER催化性能、极化性能、充放电循环性能、倍率性能等进行系统研究。通过在N2保护下热解ZIF-67前驱体制备Co/N-C催化剂,表征结果表明,Co主要以单质形式均匀分布在介孔结构的片状碳上,氮主要以吡啶型N、石墨型N和Co-Nx形式掺杂到催化剂之中。不同热解温度对催化剂产生的影响不同,800℃热解得到的催化剂Co/N-C-800具有高效的ORR/OER双功能催化活性和充放电循环性能,可以稳定循环1000个循环,库伦效率在89%～95%之间,电压效率保持在92%左右,放电电压维持在1.71 V,平均充放电电压差约为0.16 V。Co/N-C-800具有良好的充放电倍率性能,放电倍率从1 C增加至20 C,放电电压仍可以维持在1.60 V以上,充电倍率从3 C增加至40 C,放电电压仍然可以达到1.41 V,库伦效率也保持在90%以上。采用水热法以Co/N-C为基体,加入硫脲和硝酸镍制备Ni S-Co S2-Co/N-C催化剂,表征结果表明,新制备的催化剂上除了负载金属Co,还含有针状Ni S和团块状Co S2负载在介孔碳上,氮仍然以吡啶型N、石墨型N和Co-Nx形式掺杂到催化剂之中。Ni S-Co S2-Co/N-C具有更为优越的ORR/OER催化活性,有效降低充电电压,延长放电平台,显着提高电池的充放电循环性能,可以稳定循环1200个循环,库伦效率一直高于96%,最高可达100%,电压效率稳定在92%以上,放电电压保持在1.66 V,平均充放电电压差为0.13 V。Ni S-Co S2-Co/N-C具有优异的充放电倍率性能,放电倍率从1 C增加至40 C,放电电压仍保持在1.55 V以上,充电倍率从3 C增加至40 C,放电电压仍可以维持在1.59 V以上,库伦效率一直高于92%。
张雪江[7]（2020）在《应用于锌-空气燃料电池的空气电极的制备和性能研究》文中提出锌-空气燃料电池作为一种绿色可再生能源,由于其较高的比功率密度（1086 W hkg-1）和可逆循环性能越来越受到电化学科研工作者的广泛关注。但在阴极氧气参与的反应较为缓慢,仍然是制约锌-空气燃料电池发展的主要因素。同时,一个合理的电池结构也会大大影响锌-空气电池的充放电性能。本论文围绕锌-空气电池结构的设计与改进,可充放电双功能催化剂的制备和新型空气电极结构的设计进行了一系列研究。具体研究内容如下:（1）首先建立起锌-空气电池测试平台,保证了实验中电池测试的准确性。并通过简单的控制变量法,确定出影响电池性能的基本因素,发现了符合锌-空气电池测试的普适性规律:锌-空气电池放电时,缩小正负极间的距离可以减少电池内阻,从而提高电池放电性能。在一定的工作范围内,采用相同的碳纸作为空气扩散层,空气电极一端反应物的影响只是氧气的浓度,和空气的传质量没有很大的影响。在进行充放电测试条件优化时,发现通过在空气电极一端增加不锈钢网,可以提高充放电性能,增加电池稳定性。自制的泡沫镍空气电极具有更加优秀的稳定性,为之后的实验提供了实验思路。（2）通过热解聚苯胺,采用牺牲模板法制备出了铁,镍,硫,氮掺杂的多孔碳基材料催化剂。由于铁,镍,硫,氮四种元素的掺杂,创造了高活性位点,展现出较高的氧还原和氧析出性能。在0.1 M KOH电解液中,氧还原和氧析出电势差仅有0.66 V,低于商业贵金属Pt/C和IrO2,将此催化剂组装成锌-空气电池进行测试,可展现出较好的充放电性能。（3）设计了一种新型的空气电极结构,通过水热合成的方法,以泡沫镍为基底,进行铁钴镍氢氧化物的原位生长,并以此作为导电基底和氧析出反应的催化剂。同时制备出较为稳定的锰钴尖晶石作为氧还原催化剂。使用两种材料制备出混合可充放电锌-空气电池,该电池具有良好的稳定性和优异的充放电性能,在10 mA/cm2的工作电流密度下,稳定放电电压为1.13 V,充电电压保持在1.91 V,展现出0.78 V的充放电电压降,可持续稳定工作500 h,性能大大优于商业贵金属催化剂。此新颖的空气电极制备方法可以为之后的研究提供一些思路。
王丰波[8]（2020）在《基于过渡金属硫化物材料的储能性能研究》文中研究说明与过渡金属氧化相比,过渡金属硫化物（TMSs）由于具有更高的电导率,良好的电催化活性,更强的机械稳定性和热力学稳定性以及更优异的电化学性能等优势而成为目前能源材料研究领域的热点方向之一。特别是将TMSs用于钠离子电池负极材料和高效电催化领域,逐渐引起研究人员的广泛关注。在众多TMSs中,Fe S2的理论储钠容量为894 m Ah g-1,资源丰富,易于制备且价格低廉,成为一种具有潜在应用价值的钠离子电池负极材料。但是,由于Fe S2块体材料的半导体特性和充-放电过程中的结构形态粉化,使其具有严重的容量衰减和较差的倍率性能。此外,TMSs因具有导电性较高、反应能垒较低的优点在电催化领域也显示出良好的催化活性。对于锌-空气电池而言,空气电极催化剂一直是制约其发展的主要因素之一。如能在成本低廉的TMSs基础上构建高效双功能电催化材料,必能促进二次锌-空气电池的发展。基于以上思路,我们基于TMSs展开深入研究,探索了其在储钠、电催化及锌-空气电池领域的应用,并取得了一些研究成果。1、以Fe2O3空心纳米球为初始材料通过一系列处理及结构调控将Fe S2纳米片封装在3D多孔碳球中（Fe S2@C）。过程如下:首先利用溶剂热法制备Fe2O3空心纳米球,然后在其表面包覆一层导电聚合物PPy而形成Fe2O3@PPy。将Fe2O3@PPy在Ar气氛下进行煅烧处理（400℃）,伴随着PPy的碳化以及碳在高温下与Fe2O3的还原反应,产物转化为Fe3O4@C。将Fe3O4@C在2 M HCl溶液中蚀刻2 h后,多孔碳壳中的Fe3O4部分溶解而形成分散的纳米颗粒。最后,将获得的产物进一步硫化处理,Fe3O4纳米颗粒转变成Fe S2纳米片而分散在多孔碳壳中形成Fe S2@C-2h。测试表明,与Fe S2块体材料相比,Fe S2@C-2h的储钠性能显着提高。在0.5 A g-1的电流密度下,Fe S2@C-2h电极在100个充放电循环后能保持514.9 m Ah g-1的高容量。而且其在1、2和3 A g-1的高电流密度下,循环200圈后可分别保持420.1、410.5和396.6 m Ah g-1的容量。在5 A g-1的更高电流密度下,循环500圈后其容量仍高达272.4 m Ah g-1。2、通过简便的前驱体硫化法成功合成了Fe S2空心纳米球。该纳米球的直径为300～400 nm,球的壁厚度约为50 nm。由于其空心结构,该材料表现出良好的储钠性能。在1 A g-1的电流密度下,Fe S2空心球在100圈的循环后仍能保持541.5m Ah g-1的高容量。此外,其在5 A g-1的高电流密度下经过500圈循环后能保持313.5 m Ah g-1的容量,而在更高的10 A g-1下,经过400圈循环后仍可达到147.2m Ah g-1的容量。我们对Fe S2空心球的储钠机理进行了探索,发现其空心结构可以增加电荷储存中的赝电容占比而展现了出色的循环稳定性能。3、利用扩散机制设计了一维Mn3O4/Ni Co2S4纳米棒结构。以β-Mn O2纳米棒为模板,首先在其表面生长Ni Co2O4形成β-Mn O2/Ni Co2O4复合纳米棒。将其进一步硫化处理,在硫化过程中,外层的Ni Co2O4转变为Ni Co2S4,内部的Mn3O4被还原为Mn3O4,最终获得一维Mn3O4/Ni Co2S4纳米棒。同时,由于Kirkendall效应在两相界面处形成了一个混合区域,在该区域中既存在着Mn3O4和Ni Co2S4相也无定型区域。而且硫化过程还导致该混合区域产生大量缺陷和氧空位。由此其展示出高效稳定的氧还原/氧析出双功能催化活性（?E=0.74 V）和催化稳定性。Mn3O4/Ni Co2S4的起始电位为0.92 V,半波电位为0.81 V,仅在1.55 V就达到10 m A cm-2的电流密度。将该材料用于ZABs的催化材料时,其表现出较高的功率密度(106.26 m W cm-2)、良好的倍率稳定性、较小的充-放电电压窗口（0.86V）和较长的循环寿命(在5 m A cm-2的电流密度下循环650圈,超过216 h)。我们还基于该催化材料设计了柔性软包ZABs,该软包电池具有1.427 V的高开路电压,可在任意弯折角度下正常充-放电,并且在1 m A cm-2的电流密度下能保持较小的充-放电电压窗口（0.5 V）和循环稳定性（16.8h）。
刘冰[9]（2020）在《锌—空气电池磷掺杂多孔碳及空气电极的制备与性能研究》文中认为锌-空气电池由于比能量密度大、安全性高和资源丰富等而受到广泛关注,然而合成高效的非贵金属电催化剂和解决空气电极极化严重问题是推广锌-空气电池应用的迫切而又具有挑战性的课题。本论文主要从提高催化剂活性及稳定性和优化空气电极制备工艺两个方面出发,关键是比较和分析相关参数以改善空气电极的放电性能。首先采用简单的一步热解法,在碳化过程中将杂原子磷（P）掺杂到花状双金属（Co/Zn）金属-有机骨架化合物（MOFs）衍生的钴、氮共掺杂多孔碳类催化剂（Co-N-C）中,制备出三维多孔Co@Co-NPC。改变P相对于催化剂的掺杂量,对Co-N-C材料进行掺杂改性。通过物理表征和旋转圆盘电极等电化学测试发现:当P的掺杂量为0.5%时,得到的3D-Co@Co-NPC-6具有良好的甲醇耐受性和循环稳定性,优于商业Pt/C催化剂,其半波电位为0.872 V,极限扩散电流密度为4.78mA cm-2。另外P的掺杂对氧析出催化活性的提升也有极大贡献,说明杂原子P的掺杂可以有效提高Co-N-C催化剂的活性及稳定性。当采用3D-Co@Co-NPC为催化剂组装锌-空气电池时,开路电位为1.486 V,功率密度为182.5 mW cm-2,容量为764 mAh g Zn-1,充放电循环实验稳定性极佳（超过90 h）,证明催化剂在锌-空气电池中潜在的应用可能性。酸洗实验表明,Co纳米颗粒可以促进3D-Co@Co-NPC-6催化活性的增强。3D-Co@CoNPC-6具有优异的电催化活性,主要归功于经过P掺杂后,高的吡啶氮和石墨氮的百分含量,三维多孔结构以及高导电性等特点。其次对空气电极集流体的结构进行优化,将导电碳粉与PTFE乳液填充于集流体中疏水化处理,通过正交实验方法确定电极制备过程中的最大影响因素聚四氟乙烯（PTFE）。实验数据表明,PTFE含量为乙炔黑质量的3.6倍,热处理温度为300℃时,电极3-300表现优异的电化学性能。适量的PTFE可以确保小孔隙和大孔隙数量的平衡。300℃热处理可提高软化的PTFE的流动性,使空气电极具有均匀的疏水性。电极3-300在100 mA cm-2下的极化电位为-0.405 V vs.Hg/HgO,说明按照优化工艺,所制备的电极具有相对较小的极化损失。经过5-20 mA cm-2的阶梯式恒流放电,电压保持率为94.47%,具有优异的倍率性能。
王凡奇[10]（2020）在《水系二硼化钒空气电池的机理与性能研究》文中提出水系二硼化钒（VB2）空气电池是目前已知的具有最高理论比容量(4060 m Ah g-1)的一次电池,其理论放电电位为1.55 V。基于对水和空气稳定的阳极活性物质VB2,该电池还具有良好的环境适应性及高安全性。因此,VB2-空气电池具有极佳的商业应用潜力。但目前关于该体系的报道较少,对于阳极电化学反应机制及主要问题还没有足够的认知,对于高倍率(≥250 m A g-1)下的放电性能也没有相应的研究。本文针对VB2-空气电池的工作机理以及材料与电池性能的优化开展了以下相关的研究工作。为了设计出行之有效的放电性能优化策略,我们首先开展了关于阳极电化学反应机制及性能主导因素的研究。采用三电极装置测试了以VB2膜电极为工作电极的开路电势-时间曲线以及阳极极化曲线。依据在两种曲线测试过程中电解池反应体系的颜色变化,结合相应阶段的溶液拉曼光谱分析以及放电后工作电极膜的XRD和XPS分析结果,我们归纳总结出合理的新阳极电荷转移反应机制以及产物离子在溶液中的化学变化过程。随后在新机制指导下,继续开展了阳极钝化机制的研究。通过恒流放电过程中的原位阻抗分析以及不同测试起始条件的阳极极化曲线分析,判定VB2电极在电池静置及放电期间其表面不会产生钝化层。因此,排除了钝化造成电池极化及库伦效率低的可能。为了明确影响阳极性能的真正因素,我们从新机制中涉及的反应物质出发,分别研究了OH-离子浓度和VB2膜面积及面密度等因素。结果表明,随着OH-浓度和VB2与电解液的接触面积增加,VB2的氧化溶解速率明显增加,阳极电位也显着负移。此工作一定程度上揭示了VB2-空气电池的工作原理并为放电性能改善工作提供了策略依据。新的阳极放电机制表明VB2的氧化放电必须要有OH-离子的参与才能发生。基于此,我们设计了具有两性离子性的聚多巴胺（PDA）包覆VB2的策略。PDA膜包含丰富的胺基和酚羟基,在特定p H范围内对阳离子和阴离子分子表现出完全不同的渗透性。在高p H下,PDA膜呈现负电性,排斥阴离子,可透过阳离子;而在低p H下,膜具有正电性,排斥阳离子,可透过阴离子。基于此特性,我们采用PDA包覆层实现在电池储存期间,抑制氢氧根离子与VB2接触,避免腐蚀反应的发生。VB2粉体腐蚀实验结果显示,包覆PDA后粉体的腐蚀率降低了10%。在电池放电过程中,阳极附近的OH-离子会被电极反应迅速消耗掉,从而降低PDA膜附近溶液的p H值。尽管OH-离子可以持续向阳极扩散,但是阳极正在快速进行的放电反应会导致OH-离子的持续消耗,始终保持动态平衡状态。结果,PDA膜表现为正电性,并在放电期间持续吸引OH-离子进入VB2表面参与反应。额定容量325 m Ah的软包电池以250 m A g-1电流密度进行放电,VB2@PDA阳极电池的库伦效率可达86.3%,比未包覆时高18.7%,并且两种阳极电池的放电电位基本一致。因此,PDA包覆VB2粉体颗粒是一种高效的抑制腐蚀策略。基于阴离子导体的实验思路,我们进一步设计了层状双氢氧化物（Fe Ni-LDH）修饰VB2颗粒的策略。研究表明,LDH材料可以通过“Grotthuss机制”传导OH-离子,即羟基离子通过快速的氢键形成和裂解沿着吸附的水分子和氢氧化物主体层传输。通过在VB2表面原位生成一层LDH层,作为传输OH-离子的通道,保证阳极电荷转移反应的正常进行,同时抑制去极化剂H+离子的进入以避免自放电,从而提高电池的放电效率。经过Fe Ni-LDH包覆,VB2粉体的利用率得到提高,在500 m A g-1放电条件下电池的放电比容量达到2750 m Ah g-1,比未包覆时提高了700 m Ah g-1。因此,采用具有传导OH-离子能力的层状双氢氧化物可以有效地提高VB2-空气电池的阳极效率。包覆策略使VB2-空气电池在高倍率放电条件下的阳极效率得到了极大改善,但电池的实际放电电位与理论值相差较大。虽然VB2纳米化等措施能在一定程度上降低阳极极化,但仍不能解决全电池存在的极化问题。为此,我们开展了阴极ORR催化剂的研究以提高阴极反应动力学,降低阴极极化。基于碳基材料催化剂的特点,本文设计了以强氧化性的高锰酸钾刻蚀碳纳米管的策略。这种刻蚀过程不仅可以在碳纳米管上产生缺陷以及高活性的边缘碳电子,而且还引入了Mn O2掺杂。使用刻蚀后的碳纳米管直接作为正极的导电剂和催化剂,VB2-空气电池的放电电位基本接近以贵金属Pt为催化剂的电池放电电位,较好地改善了电池放电的极化问题并降低了成本。
二、聚四氟乙烯在锌—空气电池中的应用（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、聚四氟乙烯在锌—空气电池中的应用（论文提纲范文）
（1）Co/Fe-N-C催化剂的构筑及其在锌-空气电池中的应用（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景 |
| 1.2 锌-空气电池 |
| 1.2.1 锌-空气电池简介 |
| 1.2.2 锌-空气电池的结构和工作原理 |
| 1.2.3 锌-空气电池的气体吸附层和锌负极 |
| 1.3 锌-空气电池催化剂研究进展 |
| 1.3.1 贵金属 |
| 1.3.2 过渡金属基材料 |
| 1.3.3 碳纳米材料 |
| 1.4 锌-空气电池电解质研究进展 |
| 1.4.1 水系碱性电解质 |
| 1.4.2 准固态电解质 |
| 1.4.3 离子液体 |
| 1.5 本课题的研究目的及主要内容 |
| 第二章 Co/Fe-N-C催化剂的构筑及其性能研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 实验设备及试剂 |
| 2.2.1 本章主要实验试剂 |
| 2.2.2 本章主要实验设备 |
| 2.3 实验过程 |
| 2.3.1 催化剂材料的制备 |
| 2.3.2 催化剂的电化学性能测试方法 |
| 2.3.3 电池正极制备及电池组装 |
| 2.4 结果与讨论 |
| 2.4.1 材料表征结果 |
| 2.4.2 Co/Fe-N-C催化剂的电化学性能 |
| 2.4.3 锌-空气电池性能 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 基于S-PAM电解质和Co/Fe-N-C催化剂的柔性锌-空气电池研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验设备及试剂 |
| 3.2.1 本章主要实验试剂 |
| 3.2.2 本章主要实验设备 |
| 3.3 实验过程 |
| 3.3.1 柔性锌-空气电池正极的制备 |
| 3.3.2 柔性电解质的制备 |
| 3.3.3 柔性电解质性能测试方法 |
| 3.3.4 柔性锌-空气电池的组装和测试 |
| 3.4 结果与讨论 |
| 3.4.1 柔性电解质物理表征 |
| 3.4.2 柔性电解质性能表征 |
| 3.4.3 柔性锌-空气电池性能 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 基于大面积气体吸附层和Co/Fe-N-C催化剂的水下锌-空气电池研究 |
| 4.1 前言 |
| 4.2 实验设备及试剂 |
| 4.2.1 本章主要实验试剂 |
| 4.2.2 本章主要实验设备 |
| 4.3 实验方法 |
| 4.3.1 气体吸附层的制备和性能测试 |
| 4.3.2 水下锌-空气电池的组装 |
| 4.3.3 水下锌-空气电池测试 |
| 4.4 结果与讨论 |
| 4.4.1 水下锌-空气电池从水下获取氧的证明 |
| 4.4.2 不同气体吸附层对水下锌-空气电池的影响 |
| 4.4.3 水下锌-空气电池性能测试 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 总结 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况 |
（2）金属—空气电池钴基电催化剂的构筑及应用（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景 |
| 1.2 锂-空气电池 |
| 1.2.1 锂-空气电池简介 |
| 1.2.2 有机系锂-空气电池原理 |
| 1.2.3 目前存在的问题 |
| 1.3 锌-空气电池 |
| 1.3.1 锌-空气电池简介 |
| 1.3.2 可充电锌-空气电池原理 |
| 1.3.3 目前存在的问题 |
| 1.4 锂-空气电池与锌-空气电池的区别与联系 |
| 1.5 固体催化剂 |
| 1.5.1 贵金属基催化剂 |
| 1.5.2 过渡金属基催化剂 |
| 1.6 本论文的研究目的和主要内容 |
| 第二章 Co/N-C材料的制备及其在金属-空气电池中的应用 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 实验部分 |
| 2.2.1 主要实验试剂 |
| 2.2.2 主要实验仪器 |
| 2.2.3 材料的制备 |
| 2.2.4 电化学测试方法 |
| 2.3 结果与讨论 |
| 2.3.1 ZIF-67,ZIF-67-Ref.1和ZIF-67-Ref.2 的对比 |
| 2.3.2 Co/N-C的热处理及酸洗条件探究 |
| 2.3.3 Co/N-C-800 H,Co/N-C-Ref.1-800 H和 Co/N-C-Ref.2-800 H对比 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 Co_((1-x))S和 CoP的构筑及其在金属-空气电池中的应用 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验部分 |
| 3.2.1 主要实验试剂 |
| 3.2.2 主要实验仪器 |
| 3.2.3 材料的制备 |
| 3.2.4 电化学测试方法 |
| 3.3 结果与讨论 |
| 3.3.1 ZIF-67@MWCNT的物理表征 |
| 3.3.2 CoP和 Co_((1-x))S的物理表征 |
| 3.3.3 CoP和 Co_((1-x))S的电化学性能 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 TiCoPO材料的合成及其在金属-空气电池中的应用 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验部分 |
| 4.2.1 主要实验试剂 |
| 4.2.2 主要实验仪器 |
| 4.2.3 材料的制备 |
| 4.2.4 电化学测试方法 |
| 4.3 结果与讨论 |
| 4.3.1 Ti HPO的物理表征 |
| 4.3.2 TiCoPO的制备、筛选和表征 |
| 4.3.3 TiCoPO@MWCNT应用于金属-空气电池 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 总结 |
| 5.1 本论文的内容总结 |
| 5.2 本论文的不足 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况 |
（3）掺杂碳纳米纤维的制备及其在锌-空气电池中的应用（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 锌-空气电池概述 |
| 1.1.1 锌-空气电池发展历史和分类 |
| 1.1.2 锌-空气电池工作原理 |
| 1.1.3 锌-空气电池存在的主要问题 |
| 1.2 空气电极催化剂研究进展 |
| 1.2.1 ORR催化剂 |
| 1.2.2 ORR和OER双功能催化剂 |
| 1.3 静电纺丝技术及其在空气电极催化剂制备中应用 |
| 1.3.1 静电纺丝技术 |
| 1.3.2 电纺纤维在空气电极催化剂中的应用 |
| 1.4 选题意义和研究内容 |
| 1.4.1 选题意义 |
| 1.4.2 研究内容 |
| 第2章 由PAN和硫脲制备氮硫共掺杂碳纳米纤维及其在锌-空气电池中的应用 |
| 2.1 实验部分 |
| 2.1.1 实验材料 |
| 2.1.2 实验仪器 |
| 2.1.3 催化剂的制备 |
| 2.1.4 催化剂的组成和结构表征 |
| 2.1.5 电化学测试 |
| 2.2 结果与讨论 |
| 2.2.1 催化剂的组成和结构分析 |
| 2.2.2 ORR电催化性能 |
| 2.2.3 液态锌-空气电池性能 |
| 2.2.4 固态锌-空气电池性能 |
| 2.3 本章小结 |
| 第3章 由PAN和 TCA制备氮硫共掺杂碳纳米纤维及其在锌-空气电池中的应用 |
| 3.1 实验部分 |
| 3.1.1 实验材料和仪器 |
| 3.1.2 催化剂的制备 |
| 3.1.3 催化剂的组成和结构表征 |
| 3.1.4 电化学测试 |
| 3.2 结果与讨论 |
| 3.2.1 催化剂的组成和结构分析 |
| 3.2.2 ORR电催化性能 |
| 3.2.3 液态锌-空气电池性能 |
| 3.2.4 固态锌-空气电池性能 |
| 3.3 本章小结 |
| 第4章 由PAN和Co-NTA制备钴氮共掺杂碳纳米纤维及其在锌-空气电池中的应用 |
| 4.1 实验部分 |
| 4.1.1 实验材料和仪器 |
| 4.1.2 催化剂的制备 |
| 4.1.3 催化剂的组成和结构表征 |
| 4.1.4 电化学测试 |
| 4.2 结果与讨论 |
| 4.2.1 催化剂的组成和结构分析 |
| 4.2.2 ORR电催化性能 |
| 4.2.3 OER电催化性能 |
| 4.2.4 液态锌-空气电池性能 |
| 4.2.5 固态锌-空气电池性能 |
| 4.3 本章小结 |
| 第5章 结论与展望 |
| 5.1 结论 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在学期间的科研情况 |
（4）锌空气电池中氧反应电催化剂的表界面调控研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 锌空气电池领域的研究进展 |
| 1.2.1 锌空气电池的发展历程 |
| 1.2.2 锌空气电池未来发展定位 |
| 1.2.3 锌空气电池结构及反应原理 |
| 1.2.4 锌空气电池中的关键氧反应 |
| 1.3 表界面化学调控优化氧反应催化剂的关键因素 |
| 1.3.1 增加反应面积 |
| 1.3.2 调控反应活化能 |
| 1.3.3 提高电导率 |
| 1.3.4 优化物质输运能力 |
| 1.4 本论文的选题背景与研究内容 |
| 参考文献 |
| 第二章 表面硫离子掺杂调控FeN_4位点ORR反应活化能 |
| 2.1 研究背景及思路 |
| 2.2 实验部分 |
| 2.2.1 样品制备 |
| 2.2.2 材料表征 |
| 2.2.3 DFT(密度泛函理论)计算 |
| 2.2.4 电化学测试 |
| 2.3 分析与讨论 |
| 2.3.1 S,N-Fe/N/C-CNT的合成策略及其基本表征 |
| 2.3.2 对比材料的基本表征和差异分析 |
| 2.3.3 XPS和XAS分析 |
| 2.3.4 电化学行为测试和DFT计算分析 |
| 2.3.5 锌空气电池性能的研究 |
| 2.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 氟掺杂表面重组增加钴基氧化物OER反应面积 |
| 3.1 研究背景及思路 |
| 3.2 实验部分 |
| 3.2.1 样品的制备 |
| 3.2.2 表征手段 |
| 3.2.3 电化学测试 |
| 3.3 分析和讨论 |
| 3.3.1 氟阴离子掺杂钴基纳米线的合成以及基本表征 |
| 3.3.2 XAFS和准原位XPS深度测试分析 |
| 3.3.3 电化学行为测试 |
| 3.3.4 电催化氧析出性能的分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 超薄CoO_x/Co层的界面构建实现ORR催化剂高电导 |
| 4.1 研究背景及思路 |
| 4.2 实验部分 |
| 4.2.1 样品的制备 |
| 4.2.2 表征手段 |
| 4.2.3 电化学测试 |
| 4.2.4 固态锌空气电池组装与测试 |
| 4.3 分析和讨论 |
| 4.3.1 超薄CoO_x/Co层界面层的合成制备和基本表征 |
| 4.3.2 XPS和XAS分析 |
| 4.3.3 电催化氧还原性能的分析 |
| 4.3.4 固态锌空电池性能测试 |
| 4.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 纳米孔道限域调控钴纳米团簇ORR反应界面输运 |
| 5.1 研究背景及思路 |
| 5.2 实验部分 |
| 5.2.1 样品的制备 |
| 5.2.2 表征手段 |
| 5.2.3 流体力学计算 |
| 5.2.4 电化学测试 |
| 5.3 分析和讨论 |
| 5.3.1 纳米孔道催化剂的合成与基本表征 |
| 5.3.2 电催化氧还原性能研究 |
| 5.3.3 锌空气电池性能测试 |
| 5.3.4 分子动力学模拟计算 |
| 5.3.5 XAS分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 全文总结及展望 |
| 6.1 论文特色及创新点 |
| 6.2 展望 |
| 攻读博士学位期间发表的学术成果与所获奖项 |
| 致谢 |
（5）钴基氧电极材料的制备及其结构性能关系研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 锌空气电池的构置及其工作原理 |
| 1.2.1 锌空气电池的构置 |
| 1.2.2 锌空气电池的工作原理 |
| 1.3 空气电极 |
| 1.3.1 氧还原反应机理 |
| 1.3.2 氧析出反应机理 |
| 1.4 空气电极氧催化剂 |
| 1.4.1 贵金属及其化合物类 |
| 1.4.2 过渡金属基氧电极 |
| 1.4.3 碳基氧电极材料 |
| 1.4.4 原子分散型氧电极材料 |
| 1.5 本论文的研究背景、研究内容以及意义 |
| 1.5.1 研究背景 |
| 1.5.2 研究内容 |
| 1.5.3 本论文的研究意义 |
| 第二章 实验方法 |
| 2.1 实验药品 |
| 2.2 实验仪器 |
| 2.3 材料的表征及测试 |
| 2.3.1 X-射线粉末衍射(XRD) |
| 2.3.2 X-射线光电子能谱(XPS) |
| 2.3.3 X-射线吸收光谱(XAS) |
| 2.3.4 材料形貌表征(TEM和 SEM) |
| 2.3.5 氮吸附比表面与孔径分析 |
| 2.3.6 激光拉曼光谱(Raman) |
| 2.3.7 傅里叶变换红外光谱(FT-IR) |
| 2.4 电化学测试 |
| 2.4.1 催化剂墨水的制备 |
| 2.4.2 氧还原性能测试方法 |
| 2.4.3 氧析出性能测试方法 |
| 2.5 电池性能测试 |
| 第三章 CoP_(t-x)/DTM-C纳米复合材料在锌空气电池氧电极中的应用研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验部分 |
| 3.2.1 纳米复合电催化剂的制备 |
| 3.2.2 材料的表征技术 |
| 3.2.3 电化学测试 |
| 3.2.4 电池测试 |
| 3.3 结果与讨论 |
| 3.3.1 结构特征 |
| 3.3.2 ORR/OER催化性能研究 |
| 3.3.3 锌空气电池的性能 |
| 3.4 总结 |
| 第四章 多级结构Co(OH)_2/CoPt/N-CN锌空气电池正极材料的制备与性能研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验部分 |
| 4.2.1 氮掺杂纳米碳片(记为N-CN)的制备 |
| 4.2.2 Co(OH)_2纳米片的制备 |
| 4.2.3 CoPt/N-CN,CoPt/Co(OH)_2和Co、N-CN的制备 |
| 4.2.4 最终样品Co(OH)_2/CoPt/N-CN的制备 |
| 4.2.5 电化学测试 |
| 4.2.6 成分与结构表征 |
| 4.3 结果和讨论 |
| 4.3.1 Co(OH)_2/CoPt/N-CN的制备及结构表征 |
| 4.3.2 电催化性能评估 |
| 4.3.3 锌空气电池性能 |
| 4.3.4 Co(OH)_2/CoPt/N-CN充放电前后结构表征 |
| 4.4 结论 |
| 第五章 原子分散Co-Fe双活性位M-Nx催化剂在氧还原反应中的结构/性能关系建立 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 实验部分 |
| 5.2.1 合成有序介孔碳(OMC)纳米球 |
| 5.2.2 原子分散CoFe-NC、Co-NC和 Fe-NC的制备 |
| 5.2.3 电化学测试 |
| 5.2.4 物理表征技术 |
| 5.2.5 DFT模拟方法 |
| 5.3 结果与讨论 |
| 5.3.1 结构特征和组分分析 |
| 5.3.2 电催化氧还原活性 |
| 5.3.3 锌空气电池测试 |
| 5.4 结论 |
| 结论与展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间取得的研究成果 |
| 致谢 |
| 附件 |
（6）金属有机骨架衍生多孔阴极材料的制备及在可充Zn-空气电池中的应用（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 创新点摘要 |
| 第一章 文献综述 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 锌空气电池概述 |
| 1.2.1 锌空气电池工作原理 |
| 1.2.2 锌空气电池电解质 |
| 1.2.3 锌空气电池阳极 |
| 1.2.4 锌空气电池空气电极 |
| 1.3 阴极催化剂研究进展 |
| 1.3.1 杂原子掺杂碳材料 |
| 1.3.2 过渡金属氧化物 |
| 1.3.3 过渡金属硫化物 |
| 1.4 MOFs衍生多孔阴极材料研究进展 |
| 1.5 本论文的研究意义及主要研究内容 |
| 1.5.1 本论文的研究意义 |
| 1.5.2 本论文的主要研究内容 |
| 第二章 实验部分 |
| 2.1 实验材料和仪器 |
| 2.1.1 实验材料 |
| 2.1.2 实验仪器 |
| 2.2 阴极催化剂的制备 |
| 2.2.1 Co/N-C材料的制备 |
| 2.2.2 CoS_2-Co/N-C和 NiS-CoS_2-Co/N-C的制备 |
| 2.3 电极的制备 |
| 2.4 催化剂的表征 |
| 2.4.1 X射线衍射分析 |
| 2.4.2 扫描电子显微镜和X射线能谱分析 |
| 2.4.3 比表面积分析 |
| 2.5 电化学性能测试 |
| 2.6 电池性能测试 |
| 2.6.1 极化性能测试 |
| 2.6.2 充放电性能测试 |
| 2.6.3 倍率性能测试 |
| 第三章 Co/N-C阴极催化材料的制备及性能研究 |
| 3.1 Co/N-C材料的表征 |
| 3.1.1 XRD分析 |
| 3.1.2 SEM/EDS分析 |
| 3.1.3 XPS分析 |
| 3.1.4 BET分析 |
| 3.2 Co/N-C材料的电化学性能测试 |
| 3.2.1 循环伏安测试 |
| 3.2.2 线性扫描伏安测试 |
| 3.2.3 交流阻抗测试 |
| 3.3 Co/N-C材料的锌空气电池性能测试 |
| 3.3.1 循环性能测试 |
| 3.3.2 充放电极化性能 |
| 3.4 Co/N-C-800的锌空气电池性能测试 |
| 3.4.1 恒电流充放电性能测试 |
| 3.4.2 放电倍率性能测试 |
| 3.4.3 充电倍率性能测试 |
| 3.4.4 充电时间对电池充放电性能的影响 |
| 3.4.5 不同电流密度充放电测试 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 NiS-CoS_2-Co/N-C的制备及性能研究 |
| 4.1 阴极催化剂的表征 |
| 4.1.1 XRD分析 |
| 4.1.2 SEM/EDS表征 |
| 4.1.3 XPS分析 |
| 4.1.4 BET分析 |
| 4.2 阴极催化剂的电化学性能测试 |
| 4.2.1 循环伏安测试 |
| 4.2.2 线性扫描伏安测试 |
| 4.2.3 交流阻抗测试 |
| 4.3 阴极催化剂的锌空气电池性能测试 |
| 4.3.1 循环性能测试 |
| 4.3.2 充放电极化性能 |
| 4.4 NiS-CoS_2-Co/N-C的锌空气电池性能研究 |
| 4.4.1 恒电流充放电性能测试 |
| 4.4.2 放电倍率性能测试 |
| 4.4.3 充电倍率性能测试 |
| 4.4.4 充电时间对电池充放电性能的影响 |
| 4.4.5 不同电流密度充放电测试 |
| 4.5 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 发表文章目录 |
| 致谢 |
（7）应用于锌-空气燃料电池的空气电极的制备和性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 锌-空气电池 |
| 1.2.1 锌-空气电池的发展 |
| 1.2.2 锌-空气电池的结构和原理 |
| 1.2.3 锌-空气电池的负极 |
| 1.2.4 锌-空气电池的电解液 |
| 1.2.5 锌-空气电池的性能参数 |
| 1.3 锌-空气电池的空气电极 |
| 1.3.1 空气电极概述 |
| 1.3.2 空气电极的结构 |
| 1.3.3 空气电极的制备 |
| 1.4 空气电极催化剂的研究进展 |
| 1.4.1 单功能材料催化剂 |
| 1.4.2 双功能材料催化剂 |
| 1.5 本论文的研究内容、目的和意义 |
| 1.5.1 主要研究内容 |
| 1.5.2 研究目的和研究意义 |
| 第二章 锌-空气电池器件的设计与改进 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 实验主要试剂和仪器 |
| 2.2.1 实验主要试剂 |
| 2.2.2 实验主要仪器 |
| 2.3 实验部分 |
| 2.3.1 锌-空气电池的性能测试 |
| 2.3.2 一次放电锌-空气电池结构改进 |
| 2.3.2.1 正负极距离 |
| 2.3.2.2 氧气浓度 |
| 2.3.2.3 外界空气传质 |
| 2.3.2.4 不同空气扩散层的空气电极 |
| 2.3.2.5 电解液用量 |
| 2.3.2.6 催化剂负载方式 |
| 2.3.3 充放电锌-空气电池结构改进 |
| 2.3.3.1 不锈钢网的改进 |
| 2.3.3.2 泡沫镍基底的改进 |
| 2.4 结果与讨论 |
| 2.5 小结 |
| 第三章 FeNi-SNC双功能催化剂的制备及其在锌-空气电池中的应用 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验主要试剂和仪器 |
| 3.2.1 实验主要试剂 |
| 3.2.2 实验主要仪器 |
| 3.3 实验部分 |
| 3.3.1 材料的制备 |
| 3.3.2 材料形貌结构和性质的表征方法 |
| 3.3.3 电化学性能测试 |
| 3.3.4 锌-空气电池性能测试 |
| 3.4 结果与讨论 |
| 3.4.1 形貌和结构表征 |
| 3.4.2 XPS表征 |
| 3.4.3 电化学性能分析 |
| 3.4.4 锌-空气电池的性能分析 |
| 3.5 小结 |
| 第四章 超疏气空气电极的构建及其在锌-空气电池中的应用 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验主要试剂和仪器 |
| 4.2.1 实验主要试剂 |
| 4.2.2 实验主要仪器 |
| 4.3 实验部分 |
| 4.3.1 材料的制备 |
| 4.3.2 材料形貌结构和性质的表征方法 |
| 4.3.3 电化学活性测试 |
| 4.3.4 材料亲疏水性能分析 |
| 4.3.5 锌-空气电池性能测试 |
| 4.4 结果与讨论 |
| 4.4.1 形貌和结构表征 |
| 4.4.2 XPS表征 |
| 4.4.3 电化学性能分析 |
| 4.4.4 材料亲疏水性分析 |
| 4.4.5 锌-空气电池的性能分析 |
| 4.5 小结 |
| 第五章 结论 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 研究成果及发表的论文 |
| 作者和导师的介绍 |
| 附件 |
（8）基于过渡金属硫化物材料的储能性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号说明 |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 钠离子电池简介 |
| 1.1.1 引言 |
| 1.1.2 钠离子电池工作原理 |
| 1.1.3 钠离子电池正极材料 |
| 1.1.4 钠离子电池负极材料 |
| 1.2 过渡金属硫化物作为钠离子电池负极材料的研究进展 |
| 1.3 锌-空气电池简介 |
| 1.3.1 引言 |
| 1.3.2 锌-空气电池的工作原理 |
| 1.3.3 空气电极催化材料 |
| 1.4 过渡金属硫化物作为锌-空气电池催化材料的研究进展 |
| 1.5 论文选题意义及主要研究内容 |
| 第2章 FeS_2@C3D纳米多孔球的的制备及储钠性能研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 实验部分 |
| 2.2.1 材料合成 |
| 2.2.2 材料表征 |
| 2.2.3 材料电化学性能测试 |
| 2.3 结果与讨论 |
| 2.3.1 材料表征与结果分析 |
| 2.3.2 材料储钠性能及机制探究 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 FeS_2纳米空心球的储钠性能及其赝电容性能研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验部分 |
| 3.2.1 材料合成 |
| 3.2.2 材料表征 |
| 3.2.3 材料电化学性能测试 |
| 3.3 结果与讨论 |
| 3.3.1 材料表征与结果分析 |
| 3.3.2 材料储钠性能及机制探究 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 一维Mn_3O_4/NiCo_2S_4 复合材料的制备及其在锌-空气电池中的应用探索 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验部分 |
| 4.2.1 材料合成 |
| 4.2.2 材料表征 |
| 4.2.3 材料电催化性能表征 |
| 4.2.4 电池组装 |
| 4.3 结果与讨论 |
| 4.3.1 材料表征与结果分析 |
| 4.3.2 材料电催化性能分析 |
| 4.3.3 锌-空气电池性能分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 本论文的创新与不足 |
| 5.1 本论文的创新点 |
| 5.2 本论文的不足处 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在校期间主要科研成果 |
| 一、发表学术论文 |
| 二、其他科研成果及奖励 |
（9）锌—空气电池磷掺杂多孔碳及空气电极的制备与性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景及意义 |
| 1.2 锌-空气电池概述 |
| 1.2.1 锌-空气电池原理 |
| 1.2.2 锌-空气电池研究进展 |
| 1.3 空气电极催化剂 |
| 1.3.1 单功能氧还原催化剂研究进展 |
| 1.3.2 双功能催化剂研究进展 |
| 1.3.3 过渡金属-氮-碳(M-N-C)催化剂研究进展 |
| 1.4 杂原子掺杂催化剂研究进展 |
| 1.4.1 杂原子掺杂多孔碳材料 |
| 1.4.2 P原子掺杂M-N-C催化剂 |
| 1.5 空气电极结构设计 |
| 1.5.1 空气电极简介 |
| 1.5.2 空气电极结构优化 |
| 1.6 本文的主要研究内容及意义 |
| 第2章 实验材料与研究方法 |
| 2.1 实验原料 |
| 2.2 实验仪器和设备 |
| 2.3 催化剂的制备 |
| 2.3.1 Zn-MOF及 NC的制备 |
| 2.3.2 Co/Zn-MOF及Co@Co-NC的制备 |
| 2.3.3 3D-Co@Co-NPC-X的制备 |
| 2.4 空气电极的制备 |
| 2.5 锌-空气电池的组装 |
| 2.6 材料的物理表征 |
| 2.6.1 电子扫描显微镜 |
| 2.6.2 X射线衍射分析 |
| 2.6.3 透射电子显微镜分析 |
| 2.6.4 拉曼光谱表征 |
| 2.7 材料的电化学性能测试 |
| 2.7.1 研究电极的制备 |
| 2.7.2 线性扫描伏(LSV)测试 |
| 2.7.3 循环伏安(CV)测试 |
| 2.7.4 交流阻抗测试 |
| 2.7.5 空气电极测试 |
| 2.7.6 锌-空气电池测试 |
| 第3章 杂原子磷掺杂Co-NC的制备与性能研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 3D-Co@Co-NPC催化剂的制备与表征 |
| 3.2.1 催化剂微观形貌表征 |
| 3.2.2 催化剂结构表征 |
| 3.2.3 催化剂孔结构表征 |
| 3.2.4 催化剂化学组成分析 |
| 3.3 3D-Co@Co-NPC催化剂的电化学性能研究 |
| 3.3.1 ORR催化活性研究 |
| 3.3.2 OER催化活性研究 |
| 3.3.3 稳定性能研究 |
| 3.3.4 耐甲醇性能测试 |
| 3.4 3D-Co@Co-NPC锌-空气电池性能研究 |
| 3.4.1 锌-空气电池放电性能 |
| 3.4.2 锌-空气电池充放稳定性 |
| 3.4.3 锌-空气电池长期耐久性 |
| 3.4.4 锌-空气电池的应用 |
| 3.5 3D-Co@Co-NPC催化剂的活性来源探索 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 空气电极集流体性能的优化 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 集流体三因素三水平正交实验 |
| 4.3 集流体中PTFE含量对电池性能的影响 |
| 4.4 集流体中热处理温度对电化学性能的影响 |
| 4.5 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表的论文以及其他成果 |
| 致谢 |
（10）水系二硼化钒空气电池的机理与性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 水系金属空气电池体系 |
| 1.2.1 锌空气电池 |
| 1.2.2 铝空气电池 |
| 1.2.3 镁空气电池 |
| 1.2.4 铁空气电池 |
| 1.3 二硼化钒(VB_2)空气电池体系 |
| 1.3.1 VB_2-空气电池的工作原理 |
| 1.3.2 VB_2-空气电池的研究现状 |
| 1.4 本论文的研究意义与研究思路 |
| 1.4.1 阳极电化学机制及其性能主导因素研究 |
| 1.4.2 通过聚多巴胺包覆VB_2抑制阳极自放电行为 |
| 1.4.3 通过Fe Ni-LDH以“插层”方式包覆VB_2抑制阳极自放电行为 |
| 1.4.4 通过高锰酸钾刻蚀碳纳米管作为空气电极氧还原反应(ORR)的催化剂 |
| 第二章 材料性能表征和实验方法 |
| 2.1 材料的测试和表征手段 |
| 2.1.1 X射线粉末衍射法(X-ray diffraction,XRD) |
| 2.1.2 傅里叶红外光谱(Fourier Transform Infrared Spectroscopy,FTIR)和拉曼光谱(Raman Spectra) |
| 2.1.3 X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS) |
| 2.1.4 扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope,SEM)和透射电子显微镜(Transmission Electron Microscope,TEM) |
| 2.1.5 热重分析(Thermograviemetry Analysis,TGA) |
| 2.2 电化学测试方法 |
| 2.2.1 恒流放电测试 |
| 2.2.2 线性扫描伏安法 |
| 2.2.3 交流阻抗法 |
| 第三章 VB_2-空气电池的阳极电化学机制及性能主导因素研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验方法 |
| 3.2.1 原料,三电极和电池装置 |
| 3.2.2 开路电势和线性极化的测试 |
| 3.2.3 原位电化学阻抗分析 |
| 3.2.4 材料表征 |
| 3.3 结果与讨论 |
| 3.3.1 阳极电化学机制分析 |
| 3.3.2 电池静置和放电期间的VB_2表面钝化分析 |
| 3.3.3 决定阳极电化学性能的主要因素 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 聚多巴胺包覆VB_2抑制VB_2-空气电池的负极自放电 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验方法 |
| 4.2.1 VB_2@PDA的制备 |
| 4.2.2 材料表征 |
| 4.2.3 电极制备及电池组装 |
| 4.2.4 电化学测试 |
| 4.3 结果与讨论 |
| 4.3.1 VB_2@PDA的制备结果 |
| 4.3.2 VB_2@PDA粉体的抗腐蚀性评估 |
| 4.3.3 电化学性能测试 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 Fe Ni-LDH以插层方式包覆VB_2抑制VB_2-空气电池的负极自放电 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 实验方法 |
| 5.2.1 VB_2@Fe Ni-LDH的制备 |
| 5.2.2 材料表征 |
| 5.2.3 电池组装和电化学测试 |
| 5.3 结果与讨论 |
| 5.3.1 VB_2@Fe Ni-LDH的制备结果 |
| 5.3.2 电化学性能测试 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 高锰酸钾刻蚀碳纳米管作为VB_2-空气电池氧还原催化剂的研究. |
| 6.1 引言 |
| 6.2 实验方法 |
| 6.2.1 材料制备及表征 |
| 6.2.3 电池组装及电化学测试 |
| 6.3 结果与讨论 |
| 6.3.1 碳材料筛选 |
| 6.3.2 刻蚀后碳纳米管的电化学性能 |
| 6.4 本章小结 |
| 第七章 全文总结与展望 |
| 7.1 总结 |
| 7.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
四、聚四氟乙烯在锌—空气电池中的应用（论文参考文献）
- [1]Co/Fe-N-C催化剂的构筑及其在锌-空气电池中的应用[D]. 陈鹏. 合肥工业大学, 2021(02)
- [2]金属—空气电池钴基电催化剂的构筑及应用[D]. 唐德键. 合肥工业大学, 2021(02)
- [3]掺杂碳纳米纤维的制备及其在锌-空气电池中的应用[D]. 张清. 西华师范大学, 2021(12)
- [4]锌空气电池中氧反应电催化剂的表界面调控研究[D]. 周天培. 中国科学技术大学, 2021(06)
- [5]钴基氧电极材料的制备及其结构性能关系研究[D]. 王凯. 华南理工大学, 2020(05)
- [6]金属有机骨架衍生多孔阴极材料的制备及在可充Zn-空气电池中的应用[D]. 安亚苹. 东北石油大学, 2020
- [7]应用于锌-空气燃料电池的空气电极的制备和性能研究[D]. 张雪江. 北京化工大学, 2020(02)
- [8]基于过渡金属硫化物材料的储能性能研究[D]. 王丰波. 齐鲁工业大学, 2020(02)
- [9]锌—空气电池磷掺杂多孔碳及空气电极的制备与性能研究[D]. 刘冰. 哈尔滨工业大学, 2020(01)
- [10]水系二硼化钒空气电池的机理与性能研究[D]. 王凡奇. 中国科学院大学(中国科学院上海硅酸盐研究所), 2020(03)