锂-空气电池高导电性W(Mo)-Ox负载MnxCo3–xO4催化剂的制备及其界面调控

基本信息
批准号:51572181
项目类别:面上项目
资助金额:64.00
负责人:杨瑞枝
学科分类:
依托单位:苏州大学
批准年份:2015
结题年份:2019
起止时间:2016-01-01 - 2019-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:赵杰,钱涛,吴娇,闫文宁,刘杉杉,曹学成,王金,孙岩,苏建敏
关键词:
催化剂锂空气电池复合材料调控界面
结项摘要

The development of bifunctional electrocatalysts for oxygen reduction reaction (ORR) and oxygen evolution reaction (OER) is a bottleneck that limits the performance of secondary lithium–air batteries. Spinel MnxCo3–xO4 is a promising bifunctional electrocatalyst for Li-air batteries due to its low cost and high catalytic activity. However, the poor electronic conductivity of MnxCo3–xO4 results in the high polarization of the air electrode during the charge/discharge process, the bad cycling performance and poor rate capability of the Li-air batteries. In this project, the W(Mo)-Ox with oxygen vacancy and high electronic conductivity is used as the support for MnxCo3–xO4 to improve its electronic conductivity. Meanwhile, “the oxygen buffering effect” provided by the oxygen vacancy in W(Mo)-Ox can improve the electrocatalytic activity of MnxCo3–xO4 for both the ORR and OER. The highly reactive surface/interface of the MnxCo3–xO4/W(Mo)-Ox composites will be constructed by tailoring the interface between MnxCo3–xO4 and W(Mo)-Ox. This will promote the effective formation and decomposition of Li2O2,decreasing the polarizaition of the air electrode and increasing the cycling performance and rate capability of the Li-air batteries. The structure change of the MnxCo3–xO4/W(Mo)-Ox and Li2O2 during the charge and discharge will be studied. The mechanism of the ORR and OER on MnxCo3–xO4/W(Mo)-Ox will be eluciated based on these studies. A new method will be provided for the improvement the activiyty of other electrocatalysts for Li-air batteries.

对氧气还原反应(ORR)和氧气析出反应(OER)具有催化活性的双功能催化剂是制约二次锂-空气电池性能的瓶颈。尖晶石MnxCo3–xO4具有低成本和高催化活性的优点,是一种最有希望的双功能催化剂。然而由于其导电性差,使锂-空气电池的充/放电极化大、循环性能和倍率特性差。本项目以含有氧空位的、高导电性金属氧化物W(Mo)-Ox作为载体制备MnxCo3–xO4/W(Mo)-Ox复合材料,提高材料的电子导电性;并利用W(Mo)-Ox中氧空位的“氧气缓冲作用”提高材料对ORR和OER的催化活性。通过调控复合材料的界面形态和结构构筑高反应活性表/界面,促进放电产物Li2O2的有效生成和分解,降低锂-空气电池的充/放电极化、提高其循环性能和倍率特性。通过研究催化剂和Li2O2的微观结构在充放电过程中的变化,阐明该复合材料对ORR和OER的催化机理,为发展锂-空气电池其它高催化活性双功能催化剂提供新途径。

项目摘要

针对二次锂-空气电池空气电极的氧气还原反应(ORR)和氧气析出反应(OER)的缓慢动力学的瓶颈、尖晶石氧化物催化剂导电性低以及碳载体稳定性差等问题,以含有氧空位的、高导电性金属氧化物负载尖晶石氧化物MnxCo3–xO4(0≤x≤3)制备复合材料,作为锂-空气电池的空气电极的双功能催化剂。一方面通过与导电W(Mo,Ti)-Ox复合来提高MnxCo3–xO4(0≤x≤3)的电子导电性;另一方面利用W(Mo,Ti)-Ox中的氧空位的“氧气缓冲作用”提高MnxCo3–xO4(0≤x≤3)的催化活性。对W(Mo,Ti)-Ox/MnxCo3–xO4(0≤x≤3)的界面进行调控,构筑高反应活性表/界面,促进放电产物Li2O2的有效形成和分解,从而进一步降低锂-空气电池的充/放电极化,提高电池循环性能和倍率特性。重点制备和探讨了Ti4O7/MnCo2O4、MnCo2O4/MoO2@Ni、W18O49/CoO/Co3O4/ Fe2O3等复合材料的性能。并将尖晶石氧化物拓展至FeCo2O4,含有氧空位的氧化物拓展至CeO2,制备了FeCo2O4/CeO2复合材料。还特别制备了含氧空位的氧化物MoOx保护碳纳米管,即MoOx/CNT复合材料。系统研究了所制备复合材料的微观结构与其宏观电化学性能之间的关系。研究结果表明,以含有氧空位的、高导电性金属氧化物与尖晶石氧化物复合可以显著提高尖晶石氧化物的双功能催化活性,其高的催化活性主要来自两种氧化物间的协同电子调控作用。深入探讨并阐明所研究复合材料在有机电解液中对ORR和OER的催化机理,结合密度泛函理论(DFT)计算,提出带有氧缺陷型的氧化物对Li和O2发生反应生成LiO2中间产物稳定性以及最终产物Li2O2形成和分解具有重要影响。项目发展了一种制备锂-空气电池的空气电极的双功能催化剂的新方法,研究结果也为提高锂-空气电池的其它金属氧化物催化剂的催化活性和循环性能提供了新的思路和途径。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

DOI:10.7498/aps.67.20171903
发表时间:2018
2

空气电晕放电发展过程的特征发射光谱分析与放电识别

空气电晕放电发展过程的特征发射光谱分析与放电识别

DOI:10.3964/j.issn.1000-0593(2022)09-2956-07
发表时间:2022
3

二维MXene材料———Ti_3C_2T_x在钠离子电池中的研究进展

二维MXene材料———Ti_3C_2T_x在钠离子电池中的研究进展

DOI:10.19964/j.issn.1006-4990.2020-0450
发表时间:2021
4

2A66铝锂合金板材各向异性研究

2A66铝锂合金板材各向异性研究

DOI:
发表时间:2017
5

热塑性复合材料机器人铺放系统设计及工艺优化研究

热塑性复合材料机器人铺放系统设计及工艺优化研究

DOI:10.3901/jme.2021.23.209
发表时间:2021

相似国自然基金

1

锂空气电池用碳酸锂分解液相催化剂设计、制备与性能研究

批准号:51602321
批准年份:2016
负责人:刘子萱
学科分类:E0208
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
2

锂-空气电池阴极双功能催化剂的制备及其电化学性能研究

批准号:21206101
批准年份:2012
负责人:杨瑞枝
学科分类:B0809
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
3

高效长寿命锂空气电池锂基负极的制备及界面电化学研究

批准号:21403107
批准年份:2014
负责人:何平
学科分类:B0905
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
4

锂空气电池正极界面反应机理及其在电池中的应用研究

批准号:21403106
批准年份:2014
负责人:童圣富
学科分类:B0205
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目