多級孔道Co3O4薄膜的制備及其Li-O2電池正極性質(zhì)研究.pdf

1、鋰空氣電池因其超高的比能量在近年來備受關(guān)注,其巨大的能量密度決定著其將會在移動能源領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用。然而,它的實(shí)際應(yīng)用還是受到很多因素的限制,諸如低的功率密度,較差的循環(huán)性能以及電池較高的過電位造成的低效率等。所有的這些因素絕大部分取決于空氣電極的催化劑界面反應(yīng),因此空氣電極催化劑的研究對鋰空氣電池至關(guān)重要。諸多研究表明,正極催化劑的孔道結(jié)構(gòu)對正極催化劑的性能有著很大的影響。尤其多級孔道結(jié)構(gòu)顯示出了很好的循環(huán)性能。
　　本文中,以

2、多級孔道的正極催化劑材料為主線,采用電化學(xué)沉積法原位生長制備了鋰空氣電池的過渡金屬氧化物正極催化劑Co3O4,并通過控制煅燒溫度來調(diào)控其形成的孔道結(jié)構(gòu)尺寸,得到了Co3O4多級孔道結(jié)構(gòu)的正極催化劑材料。而后又通過在表面負(fù)載Pt納米顆粒,降低其充電過程的過電位,通過對材料的物化性質(zhì)及電化學(xué)性能進(jìn)行考察:
　　(1)250°C到400°C煅燒得到的多級孔道Co3O4薄膜催化劑中,300°C得到的材料表現(xiàn)出了最好的充放電性能,0.2mA

3、的電流下首次放電達(dá)到2462mAh/g。倍率性能考察中,隨著充放電電流的增大,電池的充放電容量顯著下降,在電流為0.05mA時(shí),首次放電容量達(dá)到了4120.8mAh/g,0.1mA時(shí)為3392.6mAh/g,0.2mA時(shí)為2462mAh/g,到0.5mA的電流時(shí),放電容量降到416.1mAh/g。循環(huán)性能考察中,0.2mA電流下電池限制電位區(qū)間為2.0V-4.2V,6次循環(huán)后比容量下降到1000mAh/g以下,而在限制充放電容量為100

4、0mAh/g的放電條件下,鋰空氣電池的循環(huán)性能大大增加,電池的循環(huán)次數(shù)達(dá)到14次。
　　(2)為降低電池充電過程中的過電位,在Co3O4催化劑表面冷濺射一層Pt納米顆粒,充電平均電位降低到3.1V,相對于原始的Co3O4充電平均電位的3.9V降低了近0.8V。材料在0.1mA電流下首次放電容量達(dá)到940.4mAh/g,到第10次循環(huán)時(shí),放電容量為636.9mAh/g,容量保留率為67.7％。Co3O4催化劑表面濺射Pt納米顆粒后,