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锂空气电池新型正极催化剂Gd2Zr2O7的制备与性能研究毕业论文

 2022-07-06 20:12:26  

论文总字数:16713字

摘 要

锂-空气电池作为一种新型的电化学能源储存装置,理论上具有超高能量密度(11400 Wh Kg-1),接近于汽油等化石能源的能量密度(13000 WhKg-1),近年来已受到了人们的广泛关注。目前,有机电解质体系的锂-空气电池发展非常迅速,是人们研究与开发的热点,且已经取得了良好的研究成果;然而实用化之前,在锂-空气电池中需要解决以下几大难题:首先需要开发出优异的阴极催化剂以实现氧气在锂-空气电池中可逆还原(ORR)和析出(OER);其次需要解决好金属锂负极在空气中的不稳定性问题,以及充放电过程中锂枝晶生成问题;最后需要开发出电化学性能稳定的锂-空气电池电解液以提电池的循环稳定性能和使用寿命。

催化剂的研究与应用可以极大地改善充放电的性能。在本论文中,我们采用水热法合成焦绿石结构纳米Gd2Zr2O7催化剂。本课题希望通过Gd2Zr2O7催化剂的研究,改善锂空气电池的极化现象和循环效率。

关键词:锂离空气电池 Gd2Zr2O7 水热法

The preparation of new cathode catalyst lithium air battery Gd2Zr2O7

Abstract

As a novel electrochemical energy storage device, rechargeable Li-Air(O2) battery has attracted great interest for its ultrahigh energy density up to 11400 Wh Kg-1(excluding the mass of O2),which is close to the energy density of gasoline about 13000 Wh Kg-1. The rechargeable Li-Air batteries based on organic electrolyte, as an important one of the Li-Air battery system, have been attracting much attention and developing rapidly with some good achievements, recently.However, several challenging problems in the current rechargeable Li-Air battery system should be resolved before its practical use. Firstly, effective cathode catalysts are needed to realize the reversible eduction and generation (ORR and OER) in the Li-Air battery; Secondly, the problems in the anode, such as the instability of lithium metal and the lithium dendrites formed in the discharge-charge process, are needed to be resolved in the batteries; At Last, the stable electrolyte is needed to improve the cyling stability of Li-Air batteries.

The electrochemical performance of Li-O2 batteries will be improved greatly with the help of catalyst. In this paper, the Gd2Zr2O7 nanoparticle was prepared by hydrothermal method. The Gd2Zr2O7 catalyst is expected to benefit the the polarization and enhance the round-trip efficiency.

Key Words: Lithium ion batteries;Gd2Zr2O7; Polyol process

目 录

I

ABSTRACT II

目录 III

第一章 文献综述 1

1.1 引言 1

1.2 锂-空气电池基本原理 2

1.3锂-空气电池正极材料催化剂的研究进展 3

1.4 Gd2Zr2O7的结构与性能 4

1.5 Gd2Zr2O7的制备方法 5

1.5.1 水热法的基本原理 5

1.5.2 水热法的特点 5

第二章 实验部分 7

2.1 原料与试剂 7

2.2 仪器设备 8

2.3 样品制备及主要步骤 9

2.3.1 制备方法 9

2.3.2参数选择 10

2.4 表征方法 10

2.4.1用XRD分析产物的物相结构 10

2.4.2用FESEM分析产物的形貌及颗粒大小 11

2.4.3用LAND蓝电充放电测试仪测试产物的电化学性能 11

2.5本章小结 13

第三章 实验结果及分析 14

3.1 Gd2Zr2O7材料的物理结构表征 14

3.1.1 XRD表征 14

3.1.2 投射电子显微镜(TEM) 15

3.2 Gd2Zr2O7 材料的电化学性能研究 16

3.3 本章小结 18

第四章 结论及展望 19

4.1 结论 19

4.1.1 Gd2Zr2O7水热法合成的优点与不足 19

4.1.2 Gd2Zr2O7物理性质及表征 19

4.2 展望 19

参考文献 21

致谢 22

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