锂空气电池正极Cu2O催化剂的制备及性能研究-化学工程与技术专业论文.docx

万方数据 万方数据 Classified Index: TM912.9 U.D.C: 541.136 Dissertation for the Master’s Degree in Science PREPARATION AND Li–O2 BATTERY CATHODE PERFORMANCE OF CUPROUS OXIDE CATALYST Candidate： Wang Baoyu Supervisor： Prof. Sun Kening Academic Degree Applied for： Master of Engineering Speciality： Chemical Engineering Technology and Affiliation： School of Science Date of Defence： June, 2014 Degree-Conferring-Institution： Harbin Institute of Technology 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 摘 要 锂空气电池具有较高的理论比容量（3860 mAh/g），但是它还存循环寿命 差、充放电过电位较高等问题，造成这些问题的主要原因是正极催化剂的催化 性能不高，高催化活性的锂空气正极催化剂的研究显得愈发重要。 本论文主要研究了 Cu2O 催化剂的催化性能，通过三种方法制备出了不同 的 Cu2O 催化剂，通过一系列的测试手段考察了不同方法制备的 Cu2O 的物化性 质和电化学性能。 （1）恒电流电沉积制备形貌规则的立方体 Cu2O 催化剂，其中恒电流电沉 积 15 s 制备的 Cu2O 催化剂催化性能最优。限制容量 0.2 mAh，充放电电流 0.2 mA 时，沉积 15 s 制备的 Cu2O 催化剂在锂空气电池中可以充放电循环 100 次不发 生容量衰减。 （2）在水热合成 Cu2O 催化剂的实验中，NaCl 的添加有利于立方体 Cu2O 催化剂的生成，添加 NaCl 水热合成的 Cu2O 催化剂在限制容量的情况下，充放 电倍率为 1 C 时，可以充放电循环 80 次不发生容量衰减；培养晶核可以使水热 合成的 Cu2O 催化剂的颗粒更小，培养晶核的时间越长，水热合成的 Cu2O 催化 剂的团聚越严重，5 s 晶核水热合成制备的 Cu2O 催化剂的循环性能最优，当限 制容量的时候，充放电倍率为 1 C 时，可以充放电循环 70 次不发生容量衰减。 （3）在恒电位沉积制备 Cu2O 催化剂的实验中，Cu(NO3)2 体系电沉积形成 了一层 Cu2O 薄膜， Cu(Ac)2 体系电沉积制备的 Cu2O 催化剂是去掉角的八面体 结构，并且颗粒较大。Cu(NO3)2 体系电沉积制备的 Cu2O 催化剂的循环稳定性 和大电流性能更好。限制容量 1000 mAh/g，充放电电流为 0.5 C 时，Cu(Ac)2 体系电沉积制备的 Cu2O 催化剂的可逆容量降低到 800 mAh/g，而 Cu(NO3)2 体 系电沉积制备的 Cu2O 催化剂的可逆容量还能保持在 1000 mAh/g，当充放电倍 率为 0.2 C 时，Cu(NO3)2 体系下恒电位沉积合成制备的 Cu2O 催化剂可以稳定循 环 120 次不发生容量衰减。 关键词：Cu2O；电沉积；水热；循环性能 I - Abstract Despite the remarkable theoretic specific capacity (3860mAh/g), Lithium Air Battery (LAB) for now has its own disadvantages like low cycling life, high charge and discharge overpotentials and so forth. It is believed that cathode catalytic materials are responsible for the poor performance. These lead to require importance on exploring LAB cathode catalysts. In this work, the properties of Cu2O catalysts on electrocatalysis have been investigated. Three different approaches have been employed to prepare Cu2O with varied features. Meanwhile, a number of measurem