導電碳紙基底上氮摻雜碳納米管陣列的制備及其在鋰空氣電池中的應用.pdf

1、鋰空氣電池因具有(11140 Wh kg-1，不包括氧氣)較高的理論能量密度而備受關注。目前，對鋰空氣電池的研究還停留在實驗室階段，其主要原因是因為鋰空氣電池的實際比能量密度遠遠低于理論值、循環(huán)性能不夠理想。影響鋰空氣電池性能的因素有很多，其中陰極材料作為反應的場所及催化劑的載體，承擔了電池大部分的過電位，對電池的性能的限制至關重要。當前，對鋰空氣電池陰極材料的研究主要集中于碳材料，其中摻氮碳納米管(N-CNTs)具有平行孔結構、對氧化

2、還原催化活性和穩(wěn)定性高等優(yōu)勢，可有效解決鋰空氣電池存在的能量密度低、循環(huán)性能不足等問題。然而，目前成功制備序列性較好的氮摻雜碳納米管陣列（N-CNTAs），基底為石英片或金屬板，限制了其在空氣電極中的應用。所以本課題將導電碳紙的一側預處理后作為基底，利用化學氣相沉積法制備出N-CNTAs，采用SEM、TEM、XRD、FT-IR等方法表征其形貌結構，CV、EIS、恒流充放電等方法表征電池的性能，并考察了不同碳氮摩爾比和不同氮源的N-CNT

3、As作陰極材料時對鋰空氣電池性能的影響，得到如下結果：
　　1.不同氮含量的N-CNTAs/carbon paper的制備及表征結果
　　采用化學氣相沉積法，以乙二胺為氮源，二甲苯為碳源，二茂鐵為催化劑，在預處理過的碳紙一側制備出高度定向且石墨化程度較高的N-CNTAs，管壁平滑，管徑均勻，其中，碳氮原子摩爾比為20:1的時候，材料的晶型最好，吡啶氮的比例最高，催化活性最高，相應的鋰空氣電池性能最好。
　　2.不同氮源

4、的N-CNTAs/carbon paper的制備及表征結果
　　采用不同氮源（a-氮氮二甲基甲酰胺、b-二乙胺、c-三乙胺、d-乙二胺、e-吡啶、f-乙腈），同一碳氮原子摩爾比（20:1）制備出N-CNTAs。通過考察N-CNTAs的晶型以及電池的性能得到以下結果：
　?。?）XRD結果表明，六種不同氮源制備的N-CNTAs/carbon paper石墨化程度均比較高，石墨化程度大小順序為：a>f>b>d>e>c。