石墨烯和二氧化錳在鋰空氣電池中的電化學(xué)性能研究.pdf

1、鋰空氣電池作為一種具有極高理論能量密度的能量存儲系統(tǒng)，在電動(dòng)汽車(EV)和混合動(dòng)力汽車(HEV)領(lǐng)域具有非常廣闊應(yīng)用前景。但是鋰空氣電池的發(fā)展仍然面臨著一些嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，電池反應(yīng)的氧還原和氧析出動(dòng)力學(xué)過程緩慢，導(dǎo)致電池的能量效率低下。設(shè)計(jì)出多孔結(jié)構(gòu)正極材料和雙功能催化劑能有效提高電池的電化學(xué)性能。在本文中，制備出了獨(dú)特的多孔結(jié)構(gòu)石墨烯和具有雙功能催化性能的二氧化錳催化劑作為鋰空氣電池的正極材料，主要研究內(nèi)容如下:
　　以高溫?zé)徇€原的

2、方法制備了熱膨脹石墨烯(TEGO)。通過XRD、SEM進(jìn)行形貌表征。測試結(jié)果表明，TEGO具有石墨烯片狀結(jié)構(gòu)。BET測得TEGO比表面積為268m2g-1。充放電測試結(jié)果表明，在電流密度100mAg-1，電壓范圍2.0-4.5V條件下，TEGO首次放電比容量為9223mAhg-1，充電比容量為6259mAhg-1。在限定比容量為1000mAhg-1條件下能穩(wěn)定循環(huán)29次且放電截止電壓高于2.0V。以微波還原的方法制備出了微波膨脹石墨烯(

3、MEGO)。通過XRD、SEM進(jìn)行形貌表征。測試結(jié)果表明，MEGO具有更好的石墨烯片層孔道結(jié)構(gòu)。BET測得MEGO比表面積為337m2g-1。充放電測試結(jié)果表明，在電流密度100mAg-1，電壓范圍2.0-4.5V條件下，MEGO首次放電比容量為13862mAhg-1，充電比容量為11811mAhg-1。在限定比容量為1000mAhg-1條件下能穩(wěn)定循環(huán)53次且放電截止電壓高于2.0V。與TEGO相比MEGO展現(xiàn)出更高的比容量和循環(huán)穩(wěn)定

4、性。這是因?yàn)镸EGO具有更好的片層孔道結(jié)構(gòu)，有利于O2運(yùn)輸，因而具有更好的電化學(xué)性能。
　　以水熱法制備了純MnO2。通過XRD、SEM進(jìn)行形貌表征。結(jié)果表明，水熱法制備出的純MnO2具有良好的晶體形貌和納米花狀結(jié)構(gòu)。充放電測試結(jié)果表明，在電流密度100mAg-1，電壓范圍2.0-4.5V條件下，MEGO+MnO2首次充放電比容量為15473mAhg-1，充電比容量為15440mAhg-1。在限定比容量為1000mAhg1條件下能

5、穩(wěn)定循環(huán)73次且放電截止電壓高于2.0V。利用KMnO4與酸性C的反應(yīng)制備了MEGO@MnO2復(fù)合物。通過XRD、Raman、SEM進(jìn)行形貌表征。結(jié)果表明，MEGO@MnO2具有較好的晶體形貌，MnO2均勻分布在MEGO的片層上。充放電測試結(jié)果表明，在電流密度100mAg-1，電壓范圍2.0-4.5V條件下，MEGO@MnO2首次放電比容量為17101mAhg-1，充電比容量為16454mAhg-1。在限定比容量為1000mAhg-1條