TM-N-C催化劑空氣電極的制備與性能.pdf

1、空氣電極是金屬-空氣電池及所有類型燃料電池的正極，其性能的好壞直接制約著電池的長(zhǎng)足發(fā)展。空氣電極上發(fā)生的氧還原反應(yīng)(ORR)，歷來都是研究和關(guān)注的重點(diǎn)；因?yàn)樵摲磻?yīng)過程復(fù)雜，動(dòng)力學(xué)反應(yīng)過程較為緩慢，交換電流密度低，這就促使ORR催化劑成為限制電池正極電化學(xué)反應(yīng)活性的關(guān)鍵因素之一。本文采用簡(jiǎn)單熱處理方式制備了高效價(jià)廉的非貴金屬氧還原電催化劑Co-N/C(800)，并利用該催化劑制備成空氣電極，考察了空氣電極的制備工藝對(duì)性能的影響，提出了制備

2、空氣電極的優(yōu)化工藝，并將優(yōu)化后的空氣電極進(jìn)行了應(yīng)用。通過X-射線衍射、線性電位掃描、控電流極化曲線及單電池測(cè)試等分析測(cè)試技術(shù)，考察了Co-N/C(800)的組成結(jié)構(gòu)、ORR催化活性、空氣電極的電化學(xué)行為、鋅-空氣電池的放電性能。
　　 研究結(jié)果表明：Co-N/C(800)在堿性溶液中(1mol/L NaOH)對(duì)ORR有很好的催化活性，起始氧還原電位約為0.04 V(vs.MOE)；在近中性溶液中(4mol/L NH4Cl)，Co

3、-N/C(800)也具有良好的催化ORR活性，起始氧還原電位為0.23V(vs.SCE)。不同掃描速率下的LSV曲線表明Co-C/N催化劑電催化氧還原反應(yīng)是不可逆過程，電極反應(yīng)過程主要受擴(kuò)散步驟控制。
　　 空氣電極優(yōu)化的制備工藝為：采用催化層/導(dǎo)電不銹鋼網(wǎng)/防水層的排列方式，PTFE含量在催化層中為25％(wt)，在擴(kuò)散層中為60％(wt)，燒結(jié)溫度為150℃且不需要通入氮?dú)獗Ｗo(hù)?？疾炜諝怆姌O受NaOH溶液濃度的影響，得到在7

4、mol/L NaOH中空氣電極性能最佳，在室溫及空氣氣氛條件下，電極過電位為-0.6V(vs.MOE)時(shí)，電流密度接近100mA/cm2。自制的空氣電極與純鋅片所組裝的鋅-空氣電池，以濃度為7 mol/L NaOH為電解液，在電池過電位為0.8 V時(shí)，電流密度超過100 mA/cm2，電池最大功率密度達(dá)85mW/cm2；催化ORR性能優(yōu)于常規(guī)MnO2催化劑；同時(shí)進(jìn)行單電池放電測(cè)試，在長(zhǎng)達(dá)70h的放電時(shí)間內(nèi)，放電平臺(tái)保持在1.25～1.3