铝空气电池阴极催化剂MnO_(2)的制备及性能研究

以高锰酸钾与硫酸锰为原料,制备了MnO_(2)单一催化剂。采用XRD对其进行了表征。将所制备的MnO_(2)分别与La_(2)O_(3)、SrO按不同比例掺杂制成复合型催化剂。采用上述催化剂所制备的空气阴极与铝阳极、凝胶电解质组装成铝空气电池。通过恒流放电测试,确定最佳的阴极催化剂。结果显示,由MnO_(2)单一催化剂所制电池的性能最佳,在放电电流20 mA时,容量密度分别为1378 Ah/kg,能量密度分别为2225 Wh/kg。

氮掺杂碳纳米管高负载金属催化剂在铝空气电池中的应用

在铁基催化剂(Fe-N-C)中引入金属铈,采用高温热解法合成了氮掺杂碳纳米管(NCNTs)高负载金属催化剂(Fe/Ce-NCNTs)。金属铈的引入能更好地促进碳纳米管(CNTs)的生长,锚定更多的铁原子,增加Fe—N_(X)活性位点的数量。Fe/CeNCNTs催化剂在碱性介质中表现出良好的催化活性和稳定性,半波电位为0.86 V(vs RHE)。将Fe/Ce-NCNTs催化剂应用于铝空气电池(AABs),其峰值功率密度可达142 mW·cm^(-2),在50 mA·cm^(-2)电流密度下放电比容量达到865 mAh·g^(-1),在高电流密度负载下具有较高的电压。

铝空气电池氧电极催化剂的工艺研究

研究出一种以MnO_2、稀土氯化物为基本配料,制备廉价高效氧电极催化剧新工艺.通过正交实验,确定了焙烧催化剂的最佳工艺件.性能测试表明,制备的催化剂性能稳定可靠,在相同极化电位下,使工作电流密度从原来的20mA/cm^2提高到60mA/cm^2.

铝-空气电池阴极催化剂的研究进展

铝-空气电池是一种高容量密度的金属空气电池,其以低成本,高回收和无污染等特点而成为近年来关注的热点,也是发展绿色清洁能源的重要产业方向,但由于铝空气电池大规模开发的一些技术和科学问题尚未得到解决,从而严重制约了铝-空气电池的产业化进程。简要介绍了空气阴极的反应机理及其用于氧还原反应的电催化材料,包括贵金属催化剂,非贵金属催化剂和含碳材料等,并进一步对阴极催化剂未来研究的方向进行了分析和展望。

铝-空气电池氧还原用锰复合催化剂的研究

通过热解法制备锰复合催化剂作为氧还原的催化剂。采用XRD和SEM对制备的锰催化剂进行了晶型结构表征,同时采用阴极极化曲线、恒电位方波和恒电流放电等电化学测试手段,研究了该催化剂在碱性电解液中的催化性能。结果表明,热分解法制备的锰催化剂为Mn3O4。Mn3O4催化剂在碱性介质中具有较好的电催化活性;以Mn为催化剂的铝-空气电池在6mol/LNaOH溶液中,具有较好的大电流放电性能。

金属-空气电池阴极双功能催化剂研究进展

可充电金属-空气电池因具有超高的能量密度被认为是最有发展前景的能源存储与转换装置之一.阴极电化学氧还原/生成反应缓慢动力学是影响金属-空气电池性能的关键因素,因此其充放电过程需要双功能催化剂进行催化.在此我们详细论述了近年来开发的新型双功能催化剂,包括贵金属、碳材料、过渡金属氧化物和复合材料.其中,强耦合过渡金属氧化物/纳米碳复合物成为新一代具有高催化活性的氧催化材料.最后,基于目前所存在的问题提出了几个未来可能的研究方向.

石墨烯包覆无定形CoSnO_3纳米复合材料用作锂空气电池阴极催化剂的性能（英文）

随着科技不断进步和人口快速增长,化石能源日渐枯竭,同时环境问题日趋严重,开发新型绿色、环保、高效的能源迫在眉睫.锂-空气电池以其质量轻、成本低、环境友好和能量密度高的优点引起人们广泛研究.但对于锂-空气电池仍然需要解决诸如较差的材料和电解液的稳定性、较低的循环寿命以及过高的充放电过电势等难题.而开发高效正极催化剂材料是解决这些问题的关键技术之一.其中,过渡金属氧化物以其地壳丰度高、成本低和性能优异等优点成为正极催化剂材料的研究热点.本文采用化学法成功合成了CoSnO_3纳米盒子,对其进行复合后制得CoSnO_3@rGO纳米复合材料,并系统研究了CoSnO_3及其纳米复合材料作为锂-空气电池正极催化剂的电化学性能.结果表明,通过石墨烯与CoSnO_3进行复合得到的CoSnO_3@rGO纳米复合材料的比表面积从原来的104.3 m^2 g^(-1)增加到195.8 m^2 g^(-1).作为阴极催化剂材料,CoSnO_3@rGO纳米复合材料的充放电过电位比CoSnO_3在100和500 mA g^(-1)充放电电流密度下分别降低了20和60 mV.在限制容量为1000 mAh g^(-1)、充放电电流密度为200 mA g^(-1)时,CoSnO_3@rGO纳米复合材料作为阴极催化剂材料可以使该锂-空气电池稳定循环130圈,比单纯的CoSnO_3纳米盒子作为阴极催化剂材料多循环了25圈.CoSnO_3@rGO纳米复合材料的优异性能归功于石墨烯良好的导电性能以及快速的电子和离子传输能力,同时由于其巨大的比表面积增大了电解液和催化剂材料活性位点的接触面积,为放电产物Li_2O_2的形成和分解提供了场所.CoSnO_3@rGO的OER催化活性和循环稳定性在CoSnO_3基础上均得到提升.

锌-空气电池阴极纳米Co3O4@rGO催化剂研究

采用水热法在阴极集流体泡沫镍上负载Co3O4@rGO电催化剂,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和能量散射光谱(EDS)进行表征。结果表明,在负载还原石墨烯(rGO)的泡沫镍集流体上主要生长了较均匀的Co3O4纳米线阵列和少量Co3O4纳米花和Co3O4纳米片,该Co3O4@rGO纳米复合材料表现出优异的氧还原和氧析出反应(ORR/OER)双功能催化活性。在室温空气环境下,电池连续稳定循环运行232 h,总计600次循环,大多数循环的库仑效率在82%~85%之间,放电电压平台在1.65 V左右,具有良好的放电倍率性能。

金属-空气电池阴极催化剂的研究进展

综述金属-空气电池中阴极催化剂的研究进展。分别从贵金属催化剂、金属氧化物催化剂、大分子金属螯合物、钙钛矿类催化剂及其他催化剂等方面,阐述催化剂对阴极催化能力的影响,并对发展趋势进行展望。

设计稳定和可逆的锂-空气电池阴极催化剂的研究进展

锂-空气电池具有极高的理论能量密度,成为下一代最有希望的电化学能量储存技术之一。锂-空气电池的性能主要取决于空气阴极表面发生的电化学反应,因此,合理设计具有高稳定性和可逆性的阴极是实现商业化可行的锂-空气电池的关键所在。然而,传统碳基电极的不稳定性导致的副反应会限制电池容量及其循环性能,因此,需要寻找能够替代碳基电极的新型电极。本文首先结合锂-空气电池的结构和阴极反应原理,提出了目前锂-空气电池面临的挑战,然后基于碳基阴极的不稳定性分析总结了设计稳定和可逆的锂-空气电池阴极的方法,最后提出了阴极催化剂的合理设计和催化机理的深入理解对锂-空气电池阴极的性能改善起着决定性作用的观点。

氧化锰基电催化材料的设计合成及其铝空气电池应用

电催化剂作为铝空气电池阴极的核心部分,其催化性能的优劣直接影响铝空气电池的产业化进程。本文采用尿素高温处理法将商业的Vulcan-72XC碳材料进行掺氮改性处理制备了N/VC2。在此基础上,进一步负载不同的锰氧化物得到三种Mn3O4@N/VC2、MnO@N/VC2和MnO2@N/VC2复合材料。其中,MnO2@N/VC2具有最优的氧还原反应(ORR)催化性能,起始电位高达0.872 V。作为铝空气电池阴极催化剂,在大电流密度下放电功率密度可达到136 mW·cm^(-2)。本文通过对比分析不同氧化锰基复合材料的电催化性能,研究了碳载体和锰氧化物之间的交互作用。结果表明,多孔结构和丰富缺陷位点的协同作用是提高材料催化活性的主要原因。该工作为锰基氧化物催化剂的研发提供理论依据。

铝空气电池用Ag@Cu_(2+1)O/MWNTs氧还原催化剂的制备和电催化性能

以四羟甲基氯化磷(THPC)为还原剂,多壁碳纳米管(multi-walled carbon nanotubes,MWNTs)为载体,采用一步法制备Ag@Cu_(2+1)O/MWNTs催化剂,用X射线衍射仪、透射电镜、X射线光电子能谱仪等对催化剂结构、形貌及组成进行表征,并进行负载量测试及循环伏安法(cyclic voltammetry,CV)、线性伏安法(linear sweep voltammetry,LSV)等氧还原反应(oxidation-reduction reaction,ORR)测试。结果表明,Ag@Cu_(2+1)O/MWNTs催化剂的Ag和Cu_(2+1)O负载量(质量分数,%)分别为9.32%和5.90%,Ag@Cu_(2+1)O的平均粒径约为7 nm。Ag@Cu_(2+1)O/MWNTs在碱性介质中催化直接四电子氧还原过程,LSV半波电位为0.75 V,1 600 r/min下的极限扩散电流密度接近5.5 mA/cm^(2),Tafel斜率为92 mV/dec,与20%Pt/C相当,优于Ag负载量为17.5%的Ag/MWNTs催化剂。Ag@Cu_(2+1)O/MWNTs具有与20%Pt/C相当的稳定性和更强的耐甲醇毒化能力。作为铝空气电池阴极催化剂时,表现出与20%Pt/C相当的功率密度(148.7 mW/cm^(2))、容量(1 260 mAh/g)和稳定性。

M-N-C阴极催化剂的制备及其在微生物燃料电池中的应用

以聚苯胺和硝酸盐为前驱体,采用热处理法制备了M-N-C(M=Fe,Co)材料,并将其作为厌氧流化床微生物燃料电池(AFBMFC)阴极催化剂。通过X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)对催化剂进行晶型结构和表面形貌的表征。采用循环伏安法(CV)对催化剂的电化学性能进行考察,并应用于AFBMFC,考察了其对电池产电性能的影响。结果表明,使用Fe-N-C催化剂的微生物燃料电池稳定运行时,开路电压达到636.0 mV,功率密度达到166.82 mW·m-2,比使用Pt/C催化剂的微生物燃料电池的功率密度提高10%。表明Fe-N-C催化剂用做微生物燃料电池阴极催化剂具有潜在的应用前景。

微生物燃料电池La_(0.7)Sr_(0.3)CoO_3/PANI阴极催化剂的制备及催化性能

采用原位聚合法合成了La0.7Sr0.3CoO3/PANI复合材料微生物燃料电池(MFC)阴极催化剂。通过X射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)和扫描电子显微镜(SEM)对所制备催化剂进行结构和微观形貌表征。采用循环伏安法(CV)和交流阻抗法(EIS)对复合材料进行电化学性能的分析。结果表明,聚苯胺(PANI)含量的差异导致催化剂的活性有较大区别,在磷酸盐缓冲溶液中含PANI质量分数为6%的La0.7Sr0.3CoO3/PANI催化剂表现出了良好的活性。将所制备催化剂应用于单室微生物燃料电池阴极,结果显示,PANI质量分数为6%的La0.7Sr0.3CoO3/PANI对应MFC的最大功率密度258.91mW/m2,相应开路电压达642.7mV。这表明La0.7Sr0.3CoO3/PANI催化剂具有显著的催化活性,为需求有效MFC阴极催化剂材料提供了新途径。

铁酸锰活性炭阴极催化剂的制备与对微生物燃料电池产电性能的影响

微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)阴极的氧化还原反应能力对MFC的产电性能起着至关重要的作用,因此,本研究制备了铁酸锰/活性炭(MnFe_(2)O_(4)/AC)并对其进行材料学表征,研究其作为MFC空气阴极催化剂时产电和污水处理效果.研究表明,MnFe_(2)O_(4)和AC物质的量比为1:3时MFC电功率密度最高,达302.7mW/m^(2).在峰值电压附近维持时间长达200h,维持时间是传统Pt/C催化剂MFC的4倍,库伦效率达到17.45%.在催化剂重复利用实验中发现,在相同的运行时间内,采用Pt/C催化剂的MFC电压下降明显,而采用MnFe_(2)O_(4)/AC催化剂的MFC电压基本保持稳定,证明了MnFe_(2)O_(4)/AC催化剂良好的循环稳定性.污水处理效果方面,MnFe_(2)O_(4)和AC物质的量比为1:3时处理效果最好,COD去除率达74.66%.因此,MnFe_(2)O_(4)/AC催化剂制备简单、价格低廉、电化学性能稳定,在提高MFC产电持久性方面具有实际意义.

微生物燃料电池La_(0.7)Sr_(0.3)CoO_3/PANI阴极催化剂的制备及其应用

采用溶胶凝胶法和原位复合技术分别制备LaxSr1-xCoO3和La0.7Sr0.3CoO3/PANI复合材料阴极催化剂。通过X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对所制备催化剂进行微观结构和表面形貌的表征。采用循环伏安法(CV)对其电催化活性进行了系统研究。实验结果表明,锶掺杂量的差异导致催化剂的活性有较大区别,在磷酸盐缓冲溶液中La0.7Sr0.3CoO3/PANI催化剂表现出了良好的活性。将所制备催化剂应用于厌氧流化床微生物燃料电池(AFBMFC)阴极,结果显示,La0.7Sr0.3CoO3/PANI复合材料作阴极催化剂,其AFBMFC的最大功率密度122.81mW·m-2是La0.7Sr0.3CoO3催化剂微生物燃料电池(MFC)的1.2倍,相应开路电压达651mV。表明La0.7Sr0.3CoO3/PANI催化剂具有显著的催化活性,可作为MFC新型的阴极催化剂。

应用于锌空气电池的碳包覆铁基纳米颗粒电催化剂研究进展

锌空气电池是新一代先进能量转换和存储设备中极具潜力的候选者之一,其阴极氧催化剂的活性高低和寿命长短是制约锌空气电池发展的关键因素,因此亟需开发高效稳定的阴极氧电催化剂以提高锌空气电池的性能。近年来,碳包覆型铁基纳米颗粒催化剂有效抑制了苛刻环境下颗粒的腐蚀、氧化以及团聚失活,展示出优异的氧催化性能,已经被广泛用作锌空气电池阴极材料。本文对碳包覆过渡金属铁基材料在锌空气电池阴极电催化剂中的应用进行了综述。首先,介绍了锌空气电池的基本工作原理,重点讨论了碳包覆过渡金属Fe及合金、碳化物、氧化物和磷化物纳米颗粒等阴极催化剂的研究进展,最后,对碳包覆铁基电催化剂应用于锌空气电池中的发展前景进行了总结和展望。

微生物燃料电池MnO_2及活性炭混合催化剂的制备及其性能研究

利用机械混合及化学复合两种混合方式制备出用于微生物燃料电池(MFC)阴极的Mn O_2与活性炭导电材料的混合催化剂,混合质量比分别为1∶3,1∶1和3∶1。将以各催化剂制作的碳布阴极置于空气阴极MFC中运行,利用线性扫描伏安法测试碳布阴极的性能。研究表明,两种混合催化剂均在混合质量比为1∶1时具有最佳性能;化学复合催化剂MFC的最大功率密度达到336 m W/m^2,是单纯使用Mn O_2粉末时的2.51倍,优于机械混合的催化剂。

尖晶石类燃料电池阴极催化剂性能提升策略

能源危机和环境污染已成为阻碍当今社会可持续发展的亟待解决的问题。由于尖晶石型氧化物自身结构的特点,该类催化剂用来代替贵金属阴极催化剂在燃料电池领域的研究受到人们广泛关注。综述了尖晶石类催化剂制备方面最近研究进展,分析了催化剂制备过程中对尖晶石组成、结构、形貌、缺陷和载体等进行调控的方法及其对催化剂催化性能的影响。通过调控尖晶石类催化剂的结构及形貌,提高催化反应热力学参数及动力学速率,提升催化剂的稳定性,延长燃料电池的寿命。展望了尖晶石型催化剂的发展方向。

ZnO修饰碳基复合纳米材料的制备及其在锌-空气电池中的应用

作为一种新兴的能源技术,可充电金属-空气电池因具有循环转换电能与化学能的能力而备受关注,并在替代传统金属离子电池方面具有广阔的应用前景。然而,可充电金属-空气电池的实际应用受到阴极氧化还原反应速率缓慢、Pt/C金属催化剂成本高昂及稳定性不佳等因素的制约。基于此,本研究报道了一种简便制备锌-空气电池廉价阴极催化剂的方法,采用富含氮的苯甲酸铵作为前驱体,通过一锅法热解成功合成了ZnO修饰碳基复合纳米电催化剂(ZnO/NC-800)。电化学测试结果表明,该催化剂在碱性电解液中表现出优异的氧还原催化活性,且稳定性和安全性较好,ZnO/NC-800催化剂组装的锌-空气电池表现出与碳载铂电池相媲美的性能。