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上海理工大学学报 2023年第3期45卷 298-306页

作者：罗意王聪吴凤楠李磊李生娟上海理工大学材料与化学学院上海200093

锌–空气电池凭借其高能量密度、电极材料资源丰富、生产成本低、储存寿命长、绿色环保无污染等优点而被广泛研究,但由于锌阳极在循环过程中存在锌枝晶生长、钝化等问题,导致锌–空气电池的实际能量密度低于理论容量密度,严重制约了其... 详细信息

锌–空气电池凭借其高能量密度、电极材料资源丰富、生产成本低、储存寿命长、绿色环保无污染等优点而被广泛研究,但由于锌阳极在循环过程中存在锌枝晶生长、钝化等问题,导致锌–空气电池的实际能量密度低于理论容量密度,严重制约了其发展与应用。本文根据锌–空气电池的锌阳极工作原理和钝化机理,从电解液优化、锌阳极结构设计和表面改性等方面分析提出解决锌阳极钝化的措施,并提出了关于这些问题未来的研究方向,最后对锌–空气电池的未来发展做出展望。

关键词：锌–空气电池锌阳极钝化电解液优化锌阳极结构设计表面改性

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可充电锌–空气电池电极的研究进展

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中国科学：化学 2022年第12期52卷 2201-2214页

作者：冉家琪王琳川高大强兰州大学物理科学与技术学院兰州730000

可充电锌–空气电池具有安全性高、能量密度大和成本低等优点,被认为是最有前途的下一代储能电池之一,可用于超大规模的储能、电动汽车和其他消费电子产品等.然而,锌电极在反应过程中会发生钝化、枝晶、析氢,以及空气电极中氧化还原动... 详细信息

可充电锌–空气电池具有安全性高、能量密度大和成本低等优点,被认为是最有前途的下一代储能电池之一,可用于超大规模的储能、电动汽车和其他消费电子产品等.然而,锌电极在反应过程中会发生钝化、枝晶、析氢,以及空气电极中氧化还原动力学缓慢等问题,这严重影响了锌–空气电池的性能.本文首先介绍了锌–空气电池的结构和工作原理;其次分别探讨了锌–空气电池的阳极和阴极的工作过程中出现的问题及解决措施;最后讨论了锌–空气电池在未来所面临的发展前景与挑战.

关键词：锌–空气电池锌阳极空气阴极电解质氧电催化

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柔性锌空气电池聚合物电解质/锌负极界面析出碱管理机制研究

柔性锌空气电池聚合物电解质/锌负极界面析出碱管理机制研究

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作者：李海涵广西师范大学

学位级别：硕士

准固态柔性锌空气电池(QSZABs)在充放电循环过程中,凝胶聚合物电解质(GPEs)会释放碱溶液,导致电解质逐渐失水失效。同时,在聚合物电解质/锌负极界面析出的碱溶液会引起爬碱现象,腐蚀锌电极,并引起锌枝晶生长,阻碍了其在可穿戴电子产品... 详细信息

准固态柔性锌空气电池(QSZABs)在充放电循环过程中,凝胶聚合物电解质(GPEs)会释放碱溶液,导致电解质逐渐失水失效。同时,在聚合物电解质/锌负极界面析出的碱溶液会引起爬碱现象,腐蚀锌电极,并引起锌枝晶生长,阻碍了其在可穿戴电子产品中的实际应用。针对以上问题,本文采用胶体自组装技术结合热蒸发方法,在锌衬底上制备了锡空心微球,并以2-羟丙基-β-环糊精(HPβCD)修饰锡空心微球的内表面,使其内表面具有较强亲水性。该结构在聚合物电解质/锌负极界面,对聚合物电解质所释放的碱溶液起到了调节作用。我们通过实验揭示了QSZABs器件中内表面亲水锡空心微球结构对碱溶液的调节机制。具体来说,在放电过程中,内表面亲水锡空心微球可以减少GPEs释放碱的泄漏,减轻锌负极爬碱的程度,减少了可溶性锌酸盐的损失,进而抑制锌枝晶的生长。在充电过程中,我们以NaOD/D2O溶液为标记物,证明了锡空心微球内部的碱溶液会扩散回GPEs,补充GPEs中碱溶液的损失。使得GPEs对碱性溶液具有较高的保留能力。由于内表面亲水锡空心微球对GPEs释放碱的有效调控,组装的QSZABs循环寿命达到了127 h,与无该结构的QSZABs相比,循环寿命提高了7.94倍。本文研究了QSZABs中GPE|锌负极界面释放碱的调控规律,为提高电池性能提供了一种全新的思路。

关键词：胶体自组装凝胶聚合物电解质锡空心微球表面亲水改性锌–空气电池

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镍钴氧纳米材料的制备及电催化性能研究

镍钴氧纳米材料的制备及电催化性能研究

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作者：赵君天津大学

学位级别：硕士

氧反应(OER/ORR)催化在金属-空气电池等新能源器件中有着举足轻重的作用。近期,双功能氧催化剂逐渐受到研究者们关注。Pt、RuO和IrO等贵金属基催化剂被认为是催化氧反应的最佳催化剂,但是由于成本较高,循环稳定性产等因素制约了其进一... 详细信息

氧反应(OER/ORR)催化在金属-空气电池等新能源器件中有着举足轻重的作用。近期,双功能氧催化剂逐渐受到研究者们关注。Pt、RuO和IrO等贵金属基催化剂被认为是催化氧反应的最佳催化剂,但是由于成本较高,循环稳定性产等因素制约了其进一步发展。所以制备高活性、稳定性的可替代贵金属的氧催化剂是很有价值的研究。镍钴氧是一种尖晶石型的过渡金属氧化物,其二维结构可以为催化反应提供较大的反应面积和较多的活性位点,并且在微观晶体结构中具有两种氧间隙和多种金属离子氧化态。因此制备二维形貌的镍钴氧材料,进而优化表面的活性位点数量,提高电催化性能是很有意义的工作。(1)通过共沉淀-烧结两步法制备镍钴氧化物纳米六方片材料,通过调控烧结温度,在250℃下成功制备出了低含量Co/Co和高含量Ni/Ni表面,450℃下高含量Co/Co和低含量Ni/Ni,以及中间状态350℃下的材料。分别对三种纳米材料进行了OER和ORR电化学测试,探究不同金属离子活性位点对电催化性能的影响。其中具有低含量Co/Co和高含量Ni/Ni表面的样品具有最优的双功能电催化性能,相比于贵金属催化剂Pt/C和RuO,制备催化剂具有更好地稳定性。因为富集的Ni和Co离子为OER/ORR提供了更多的活性位点,这优化了氧分子的吸附/解吸能垒,从而加速了整体反应动力学。其次,在催化过程中比较大的电导率确保了有效的电子转移。第三,2D纳米片和多孔结构提供了更大的比表面积,这有利于氧分子的吸附和电解质的扩散。(2)通过一步水热法制备了类石墨烯状镍钴氧纳米薄膜材料,在碱性条件下研究了不同Ni掺杂量对OER/ORR电催化性能的影响,测试结果发现当Ni/Co比为1/1时,具有最好的双功能催化性能,在该比例下,Ni和Co元素达到了最优配比,同时薄膜状的特殊结构也为催化提供了有利条件。在模拟现实条件下对基于最优双功能电催化性能的样品的锌–空气电池进行了测试,循环充放电时间可以超过60 h,具有比较稳定的循环充放电性能。

关键词：镍钴氧纳米材料纳米薄膜电催化剂 ORR/OER 锌–空气电池

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