堿性鋁—空氣電池陰極材料研究.pdf

1、氧電極催化劑是鋁-空氣電池研制的關(guān)鍵問(wèn)題之一;此外，空氣電極的結(jié)構(gòu)對(duì)鋁-空氣電池的性能也有極大的影響。
　　本文對(duì)空氣電極催化劑的合成、空氣擴(kuò)散電極的制作方法進(jìn)行了比較系統(tǒng)的探索和研究。采用熱分解法合成了錳氧化物催化劑Mn3O4，并采用高能球磨法制備了復(fù)合氧化物催化劑。采用XRD、SEM對(duì)催化劑進(jìn)行了表征和物相分析。用極化曲線、交流阻抗技術(shù)、恒流放電曲線等電化學(xué)手段對(duì)催化劑在6mol/L KOH溶液中的電化學(xué)性能進(jìn)行了測(cè)試。主要研

2、究結(jié)果如下:
　　(1)實(shí)驗(yàn)確立了以活性炭/乙炔黑作為催化層的載體，并得到了空氣電極的最優(yōu)工藝:乙炔黑熱處理最佳參數(shù)為330℃3h;硝酸錳最佳熱分解參數(shù)為340℃2h;催化劑最佳含量為20％; PTFE最佳含量為30％;活性炭/乙炔黑最佳質(zhì)量比為4∶1;最佳催化膜厚度為0.25mm;泡沫鎳作為集流體性能更好。
　　(2)采用熱分解法對(duì)錳氧化物進(jìn)行摻雜改性研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，催化劑中金屬元素錳、鑭、鈷的最佳摩爾比為1∶0.4∶0.

3、6。穩(wěn)態(tài)恒電流測(cè)試發(fā)現(xiàn)，在100 mA·cm-2和200 mA·cm-2兩種不同的電流密度下，Mn∶La∶Co=1∶0.4∶0.6電極的電壓讀數(shù)都比MnOx電極要高，摻雜氧化鑭和氧化鈷還可以提高催化劑在大電流密度下氧還原催化活性的穩(wěn)定性;氧化鑭和氧化鈷對(duì)錳氧化物的摻雜能顯著地減少電化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)阻抗和氧的擴(kuò)散阻抗。放電測(cè)試表明摻雜后的空氣電極的放電平臺(tái)比未摻雜前分別提高了50 mV、70 mV、120mV，摻雜氧化鑭和氧化鈷后顯著地改善

4、了鋁空氣電池的放電性能。
　　(3)采用高能球磨法制備了混合催化劑，極化曲線測(cè)試發(fā)現(xiàn)，二元催化劑比一元催化劑的極化要小，而三元催化劑則更小;穩(wěn)態(tài)恒電流測(cè)試發(fā)現(xiàn)，二元、三元催化劑所制備電極的工作電壓都比EMD電極要高。La2O3和CaO的添加能顯著地減少電化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)阻抗和氧的擴(kuò)散阻抗;放電測(cè)試表明，二元、三元催化劑的放電平臺(tái)比一元催化劑分別提高了70 mV、120 mV、140mV，添加La2O3和CaO后顯著地改善了鋁空氣電池