鋰空氣電池氧化釕復合電極的制備及其性能研究.pdf

1、鋰空氣電池因具有非常高的理論比容量引起了研究學者的廣泛關注，是一種新型的環(huán)保電池。但是其過大的過電位、較差的倍率性能、較低的循環(huán)壽命等缺點嚴重阻礙了鋰空氣電池的商業(yè)化進程。如今鋰空氣電池的的開發(fā)和研究面臨著許多困難，如：充放電反應機理、負極鋰片的保護、電解液的分解、空氣電極的結構設計和催化劑的選擇等關鍵技術。
　　本論文以探索可以同時催化鋰空氣電池的氧還原反應(ORR)和析氧反應(OER)的雙效催化劑為目標，以RuO2為鋰空氣電池

2、空氣電極的主要催化劑為主要研究對象，分別采用液相共沉積法和水熱反應法制備了不同形貌的RuO2/MWNTs復合材料，選出具有制備催化性能較好的催化劑的方法，進一步利用這種方法在MWNTs表面上同時負載納米級的MnO2和RuO2顆粒，我們利用XRD、SEM、TEM等方法對復合材料的物化性能進行表征。最后對由這些復合材料組裝成的鋰空氣電池進行電化學性能測試。我們得到如下結論：
　　1.由水熱反應法制備出了 RuO2/MWNTs復合材料中

3、的RuO2結晶程度比液相共沉積法制備的好，并且具有較小的顆粒粒徑。此外，由水熱反應法制備出了RuO2/MWNTs復合材料表現(xiàn)出較好的電化學性能，在電流密度為0.1 mA/cm2時，截止電壓為2.3~4.0 V，放電容量高達2033 mAh/g；電流密度為0.2 mA/cm2時，放電容量為1534 mAh/g，當電流密度增加到0.4 mA/cm2時，放電容量衰減到896 mAh/g，隨著充放電電流密度的增大，充放電容量明顯減少，過電位緩慢

4、的增加，電極極化增大；電流密度為0.1 mA/cm2時，鋰空氣電池在循環(huán)三周后的放電容量為1808 mAh/g，且具有88.9％的容量保留率，此后在較大的電流密度下進行循環(huán)測試，電流密度為0.3 mA/cm2，截止容量為400 mAh/g，可以循環(huán)50次充放電比容量不發(fā)生衰減且過電壓較小。
　　2.由水熱法進一步合成了 MnO2-RuO2/MWNTs復合納米材料，由MnO2-RuO2/MWNTs復合材料組成的鋰空氣電池在電流密度為

5、0.1 mA/cm2時，具有較大的放電平臺2.88 V和較小的充電平臺3.32 V，過電位為0.44 V，該電池的放電比容量值高達5736 mAh/gcarbon。由MnO2-RuO2/MWNTs復合材料組成的鋰空氣電池的放電平臺比RuO2/MWNTs的高0.06 V，且具有較好的放電比容量。此外，由MnO2-RuO2/MWNTs復合材料組成的鋰空氣電池還具有較好的循環(huán)特性，在電流密度為0.3 mA/cm2，截止容量為1000 mAh/