金属空气电池新型锰酸镧基氧还原阴极催化材料研究
文献类型：期刊论文
| 作者 | 薛业建 |
| 刊名 | 中国科学院大学(中国科学院宁波材料技术与工程研究所)
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| 出版日期 | 2017 |
| 页码 | 142 |
| 关键词 | 钙钛矿催化剂 氧还原反应 电催化 氧吸附行为 金属空气电池 |
| 产权排序 | 中国科学院大学(中国科学院宁波材料技术与工程研究所) |
| 英文摘要 | 伴随着电动汽车的开发热潮,具有高能量密度的金属空气电池研究被重新点燃。然而,金属空气电池中阴极氧还原反应动力学缓慢限制了其进一步发展。因此,开发高效、低成本氧还原催化剂是开发金属空气电池的关键和核心。具有钙钛矿结构的LaMnO_3被认为是商用贵金属Pt/C催化剂的重要候选。本文通过A位掺杂与缺位调控,及表面氧空位修饰等手段优化LaMn O_3型氧还原催化剂的氧还原催化性能,研究影响LaMnO_3氧还原催化活性的关键因素,作者完成的主要工作如下:(1)采用溶胶凝胶法合成了不同掺杂量的La_(1-x)Sr_xMnO_3(≤x≤0.5)(LSM)钙钛矿型催化剂,研究了Sr掺杂量以及碳含量对该体系催化剂氧还原催化活性的影响行为。结果表明,在中性盐电解液体系中,当掺杂量为30%的LSM催化剂与50 wt.%碳复合样品(50%LSM-30)的催化性能为所有样品中最优异的,起始电位与半波电位分别为+0.042 V和-0.154 V(vs.Hg/HgO);以LSM-30/50%复合催化剂作为空气阴极催化剂的镁空气电池最高功率密度达99.1 mW cm~(-2),经长期稳定性测试2000小时的衰减为9.98%,即0.5%/100h。(2)采用改进溶胶凝胶法成功合成了Ag掺杂的La_(1-x)Ag_xMnO_3(LAM)钙钛矿型催化剂材料,研究了Ag含量对其氧还原催化活性的影响行为与机制。在所有LAM催化剂中,当Ag掺杂量为30%时,催化剂(LAM-30)具有最佳的氧还原催化活性,其起始电位、半波电位及电子转移数分别为0.959 V、0.749 V和3.97,超过LSM-30和Ag催化剂。LAM-30优异的催化性能与Ag掺杂对锰化合价的调控以及氧吸附能力的增加有密切有关。此外,LAM-30样品具有与贵金属Ag相近的稳定性,10000秒恒电位衰减后电流保持率为98%;以LAM-30催化剂作为空气阴极催化剂时,铝空气电池的最高功率密度达230.2 mW cm~(-2)。(3)通过改进固液复合法制备了颗粒尺寸小于200 nm且具有A位缺位的(La_(1-x)Sr_x)_(0.98)MnO_3(x=0.2~0.5)钙钛矿型催化剂材料,研究了锶掺杂与缺位对该体系催化剂氧还原催化活性的影响。结果表明,Sr掺杂及A位缺位可有效调控Mn元素化合价及催化剂表面的氧类型。在所有的缺位LSM催化剂中,(La_(0.7)Sr_(0.3))_(0.98)MnO_3与50 wt.%碳复合样品(50%LSM30)的催化性能最佳,其起始电位与半波电位分别达到+0.903 V和+0.574 V,同时催化剂的稳定性优于20%Pt/C催化剂。这与其优异的氧吸附能力(吸附氧含量可达1026.2μmol g~(-1))有关。此外,A位缺位还可以明显增强LSM材料中Mn 3d-O 2p杂化,提升其氧还原催化性能。以50%LSM30为催化剂的铝空气电池的最高功率密度可达191.3 mW cm~(-2),这表明A位缺位钙钛矿型可作为一种性能良好的金属空气电池阴极催化剂。(4)通过简单的两步法制备了富含氧空位的Ce_(0.75)Zr_(0.25)O_2(CZ)修饰的LSM钙钛矿。微结构研究表明,颗粒尺寸约为10 nm的CZ均匀的分散在LSM大颗粒表面,形成接触良好的LSM和CZ相界面。在碱性电解液中,LSM-CZ复合材料具有优异的氧还原催化性能及稳定性能,接近商业20%Pt/C催化剂。第一性原理计算结果表明,LSM-CZ复合催化剂优异的氧还原催化性能归结于界面层合适的e_g电子填充数及较强的氧吸附能力。 |
| 公开日期 | 2018-12-04 |
| 源URL | [http://ir.nimte.ac.cn/handle/174433/16725]  |
| 专题 | 2017专题 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 薛业建. 金属空气电池新型锰酸镧基氧还原阴极催化材料研究[J]. 中国科学院大学(中国科学院宁波材料技术与工程研究所),2017:142. |
| APA | 薛业建.(2017).金属空气电池新型锰酸镧基氧还原阴极催化材料研究.中国科学院大学(中国科学院宁波材料技术与工程研究所),142. |
| MLA | 薛业建."金属空气电池新型锰酸镧基氧还原阴极催化材料研究".中国科学院大学(中国科学院宁波材料技术与工程研究所) (2017):142. |
入库方式： OAI收割
来源：宁波材料技术与工程研究所
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