锌空气电池

摘要： 采用直接热解法,以石墨烯为载体,2-甲基咪唑锌盐MAF-4(ZIF8)为模板,尿素提供碳和氮源,Fe为过渡金属源,合成氮掺杂石墨烯(N/GO)和Fe-ZIF8(N-GO@Fe/ZIF8)的复合催化剂,并组装成锌空气电池。采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)及电化学工作站等分析手段对催化剂的形貌、结构及电化学性能进行表征。结果表明:合成的N-GO@Fe/ZIF8-900催化剂具有优异的氧还原/氧析出(ORR/OER)性能。氧还原半波电位达到0.885 V,优于Pt/C(0.856 V),氧析出时,在10 mA/cm^(2)的电流密度下对应电位为1.811 V,优于贵金属Pt/C(1.968 V),与IrO_(2)(1.75 V)性能相当。组装成锌空气电池后,比能量和功率密度分别达到886.2 mW·h·g^(-1)和73.44 mW/cm^(2),高于贵金属Pt/C的比能量(791.04 mW·h·g^(-1))和功率密度(57.12 mW/cm^(2))。

摘要： 化石能源的过度消耗使开发新能源成为当务之急,燃料电池被认为是一种极具发展前景的高效能源转换装置.氧还原反应(ORR)和氧析出反应(OER)是燃料电池中至关重要的可逆氧电催化反应.由于氧反应的动力学迟缓,通常需要使用贵金属Pt和IrO_(2)分别催化ORR和OER反应.但其储量有限、价格高,因此,亟待开发廉价高效的氧反应催化剂.Co_(9)S_(8)属于镍黄铁矿晶型,由于其具有特殊的d带结构,被认为是一种多功能的电催化剂.Co_(9)S_(8)具有Oh构型的八面体位点和扭曲的C3v四面体位点,S的配位场效应诱导Co_(9)S_(8)中八面体Co的未成对电子在较低的费米能级上分裂成t2g和eg能带.基于d带理论,d带中心向费米能级的靠近有利于反键轨道的填充和更强的键合,为进一步优化Co_(9)S_(8)的电子结构提供了思路.本文以间苯二酚、甲醛和正硅酸四乙酯进行液相自发成核反应,由于SiO_(2)球和酚醛树脂的聚合速率不同形成了RF@SiO_(2)封装结构.经过高温碳化和碱蚀刻后,酚醛树脂外壳发生碳化并塌陷,形成了碗状的氮掺杂空心碳球(NHCS).然后将铁原子引入到Co_(9)S_(8)中并锚定在空心碳球上,制备了不同铁含量的Fe_(x)Co_(9‒x)S_(8)-NHCS复合催化剂.铁既可以占据钴镍黄铁矿结构中的八面体位,也可以占据四面体位.表征结果表明,当铁钴的比例不超过1:8时,低自旋的Fe^(2+)首先占据八面体位点;当铁钴的比例超过1:8时,四面体位的Co也可以被高自旋的Fe^(2+)取代.XPS结果表明,在引入Fe^(2+)后,Fe_(x)Co_(9‒x)S_(8)-NHCS中的Co^(2+)峰和Co0峰位置都产生了明显的偏移,表明Fe^(2+)在八面体位的占位会影响到四面体位的Co原子,进而有可能影响到电化学性能.结合Fe_(x)Co_(9‒x)S_(8)-NHCS的ORR和OER性能测试结果和结构表征数据可以看出,当Fe原子的系数x由0增至1,此时Fe^(2+)发生八面体位取代,金属‒硫键的键长也相应增加,从而提高了电催化活性.当x由1增加到4.5,此时Fe^(2+)发生四面体位取代,电催化活性降低.因此,铁钴的比例为1:8的复合催化剂在0.1 mol/L KOH中表现出了较好的ORR(E1/2=0.80 V vs.RHE)和OER(Ej=10=1.53 V vs.RHE)双功能电催化性能.最后,将最优比的铁钴(铁钴的比例为1:8)复合催化剂应用于碱性的可充电锌空气电池和中性环境的微生物燃料电池.具有复合催化剂阴极的锌空气电池和微生物燃料电池都表现出高功率密度和较好的稳定性,证实本文所开发的催化剂具有较好的应用价值.综上,本文不仅提出了一种合成高效催化剂的新策略,也还为促进钴镍黄铁矿结构氧催化剂的发展提供了重要的启示.

摘要： 析氧反应(OER)催化剂在锌空气电池(ZABs)储能过程中起着关键作用。我们开发了一种新型非贵金属基自支撑碳纳米纤维催化剂(Ni_(δ)Fe_(4-δ)-CNF)。首先,以聚乙烯吡咯烷酮、过渡金属乙酸酯、N,N-二甲基甲酰胺为原料,采用静电纺丝法制备了网状前驱体。随后,通过高温退火处理,将其转化为三维(3D)多孔结构材料。合成的Ni_(1)Fe_(1)-CNF催化剂在浓度为1 mol·L^(-1) KOH的电解质溶液中具有较低的起始电位(230 mV)和过电势(280 mV,10 mA·cm^(-2)),性能优于商业RuO_(2)。同时,将Ni_(1)Fe_(1)-CNF催化剂与商业Pt/C催化剂混合,作为空气阴极催化剂组装成ZAB,与商业的RuO_(2)+Pt/C ZAB相比,Ni_(1)Fe_(1)-CNF+Pt/C ZAB具有更高的功率密度(122 mW·cm^(-2))、更低的充电电压以及更好的充放电循环稳定性。

摘要： 可充电锌空气电池(ZAB)被认为是具有前景的储能设备之一。阴极氧还原反应和氧析出反应(ORR和OER)动力学缓慢,限制ZAB的实际应用,开发出高活性催化ORR/OER双功能阴极电催化剂尤为重要。综述了非贵金属双功能阴极电催化剂,包括无金属碳材料催化剂、过渡金属催化剂和过渡金属-氮掺杂碳材料组合催化剂,讨论几种催化剂催化活性和电化学性能的改进方法,就目前该研究方向中仍待解决的问题进行了总结,并对下一步的研究进行了展望。

摘要： 采用中性或准中性溶液为电解质的锌-空气电池具有提高阳极锌稳定性并避免电解质溶液碳酸盐化的优点。开发新型非贵金属催化剂,使之在中性溶液中能有效催化氧还原反应(ORR),这将具有重要意义。通过总结近几年铁/钴/镍掺杂的碳氮复合物的制备、ORR活性测试以及应用于中性锌-空气电池的性能研究方面的主要工作成果,发现采用简单的热解法得到的具有管状结构的非贵金属掺杂的碳氮复合物可以成为中性锌-空气电池优异的阴极催化剂。

摘要： 新型电力系统中高比例太阳能和风能的出力曲线往往与负荷曲线不相匹配,需要耦合储能设备存储过剩电能。电化学储能是目前发展较为迅速的储能方式之一,在“双碳”目标实现过程中具有重要作用。锌-空气电池因具有成本低、容量高等特点成为研究热点。通过提高氧还原反应和析氧反应速度可提高锌-空气电池性能。为降低催化剂的成本,研究者探索了元素掺杂碳材料或碳材料与其他材料复合而成的双功能催化剂。综述了近几年国内外锌-空气电池碳基催化剂材料的研究进展。

摘要： 锌空气电池具有高安全、大容量、低成本和低自放电等特性,因此获得广泛关注。可充电式锌空气电池在商业化过程中最重要的问题在于难以找到合适的双功能催化剂同时长时间实现氧还原反应(ORR)和析氧反应(OER),而三电极电池结构是一个有效解决此问题的方案。另外,大容量方形锌空气电池在商品化过程中的耐漏液性能极其重要。本文报道了一种可商业化的大容量三电极方形锌空气一次电池,该电池具4大创新特点:(1)放电性能优异,在合适的电流放电情况下锌粉利用率高达97.0%;(2)高耐漏液性能,其耐漏液性能比市面上的方形锌空气电池更好,经过高低温测试以及高温45°C储存1个月测试不会出现漏液现象;(3)比容量大,单电芯比容量可达356 A·h/kg,由此串并联而成的电池包放电能量密度达到405 W·h/kg;(4)结构新颖,采用双面ORR空气极的锌空气电池结构可大幅度增加空气催化有效面积,提高电池的放电功率,此外,其中一面ORR空气极未来可切换为OER空气极,电池变为三电极结构有助于推动可充式锌空气电池的发展。

摘要： 以氯化亚铁、2-(三苯基膦)溴化镍(TMP)为金属源,以甲酰胺中的氮原子、2-(三苯基膦)溴化镍中的磷原子为杂原子掺杂源,采用水热及后续高温焙烧的方法,合成了磷掺杂镍铁氮碳材料(P-NiFe-NC),构建了相比无磷掺杂的镍铁氮碳(NiFe-NC)更高活性的多孔磷掺杂镍铁氮碳材料。所制备的P-NiFe-NC材料表现出较高的氧气还原反应(ORR)活性,如在碱性介质中ORR半波电位高达0.868 V。此外,该材料组装的锌空气电池具有出色的比功率密度和优秀的循环稳定性。

摘要： 本研究以纤维素纳米纤丝(CNF)为碳骨架,氮含量高的类石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))为氮源和造孔剂,成功制备了一种具有分级多孔结构的氮掺杂碳气凝胶(NCA)电催化剂。研究了NCA的物理化学结构与氧还原反应(ORR)活性之间的关系,以及其锌-空气电池性能。该NCA催化剂表现出较高的比表面积(381.77 m^(2)/g)、分级多孔结构,氮掺杂含量3.27%。ORR测试结果表明,NCA具有优异的ORR催化活性,半波电位可达0.83 V,接近商业铂碳(Pt/C)电催化剂。进一步将NCA作为阴极催化剂用于组装水系锌-空气电池,在电流密度为10 mA/cm^(2)下可以实现长达110 h的循环充放电,具有良好的电池使用性能。

摘要： 为应对能源危机和环境污染问题,推动新能源的开发利用迫在眉睫,研究开发电化学性能优越的新型催化剂材料具有重要意义。金属有机骨架材料凭借其优异的结构特点,展现出很好的电催化潜能。通过溶剂热法合成不同金属比例的双金属有机骨架材料及其衍生碳材料,通过物理化学表征以及电池性能分析,研究其微观组成、结构和电催化性能。结果表明,钴铁金属比例为2.1的双金属有机骨架衍生碳材料具有最优的电化学催化活性,其单电池功率密度达到135 mW/cm^(2),高于商业Pt/C催化剂电池(131 mW/cm^(2))。高效的双金属有机骨架衍生碳材料将作为可替代贵金属的新型电催化剂,在众多能源转换系统中均具有潜在应用价值。

摘要： 本文通过水热法,将氧还原催化剂MnO2原位生长在泡沫镍上,并通过调节疏水组分PTFE和碳纳米管的比例,得到不同氧气传质结构的氧还原电极.采用SEM方法分析了电极的形貌,并利用恒流测试,阻抗等方法分析了电极的电化学性能.利用锌空气电池性能来表征氧还原电极的功能,PTFE和碳纳米管质量比为1:4时的电极在100mAcm-2的条件下,能实现0.8V的放电电压.20mAcm-2的条件下恒流放电14400s,电压依然保持稳定.电池最大功率密度为95.7mWcm-2,比目前锰系催化剂中催化性能最好的α-MnO2的最大功率密度提高55.6％.

摘要： 本文采用改进的溶胶凝胶法,在钙钛矿型氧化物LaMnO的A位La和B位Mn上分别用一部分金属元素Sr和Co进行取代掺杂,成功地研制出了具有钙钛矿型晶体结构的LaSrMnCoO系列锌空气电池用电催化剂,并采用X射线衍射(XRD)分析、稳态电流—电压极化曲线测试、循环伏安测试等方面研究了该钙钛矿型电催化剂的结构和电催化性能.

摘要： 本文以不同种类缓蚀剂作为锌空气电池电解液析氢腐蚀反应的抑制剂,通过测试了空气扩散电极的极化曲线、锌粉的析氢量和锌空气电池的放电容量等,较系统地研究了缓蚀剂种类对锌空气电池缓蚀效率和放电容量的影响.

摘要： 为了改善空气扩散电极的电催化性能,提高锌空气电池的电性能,本文通过扫描电子显微镜(SEM)、稳态电流—电压极化曲线测试等方法,较系统深入地研究了锌空气电池空气扩散电极的组成结构、制备工艺与其电性能之间的关系.

摘要： 锌空气电池具有容量大、经能量高、放电性能稳定、原材料便宜易得、生产和使用过程均无环境污染等优点.为了进一步提高锌空气电池的放电电流密度,本文分别对防水透气膜的厚度、空气扩散电极的结构对锌空气电池的电性能和防漏性能进行了较为系统深入地研究.

摘要： 采用共沉淀法合成过渡金属草酸盐化合物前驱体,在370°C热解前驱体获得系列复合氧化物NiAlMnCoO(0≤x≤0.8)作氧还原电极催化剂,用红外光谱(IR)及X-射线衍射(XRD)测试对材料进行了定性分析,采用线性电位扫描和锌空气电池放电测试研究了催化剂对氧还原反应的催化活性.结果表明,低温热解可以获得活性较高的催化剂,在碱性介质中,钴含量为x=0.6时对氧还原的电催化活性最高.

摘要： 锌-空气电池因具有比能量高、成本低、放电性能稳定、无污染等优点而一直受到人们的关注,其商业化的最大障碍是空气扩散电极的性能。氧气还原反应电催化剂的性能对锌-空气电池的性能起着至关重要的作用,贵金属铂具有优良的电催化性能,但由于价格和资源等方面的原因,使得其在应用方面受到限制,因此提高氧电极的催化性能、寻找廉价高效的催化剂一直是锌-空电池研究的热点。本文以Ticl4为原料经水蒸气水解，然后缎烧直接制得TiO2/AC复合催化剂。

摘要： 锌-空气电池因具有比能量高、成本低、放电性能稳定、无污染等优点而一直受到人们的关注,其商业化的最大障碍是空气扩散电极的性能。氧气还原反应电催化剂的性能对锌-空气电池的性能起着至关重要的作用,贵金属铂具有优良的电催化性能,但由于价格和资源等方面的原因,使得其在应用方面受到限制,因此提高氧电极的催化性能、寻找廉价高效的催化剂一直是锌-空电池研究的热点。本文以Ticl4为原料经水蒸气水解，然后缎烧直接制得TiO2/AC复合催化剂。

摘要： 锌-空气电池因具有比能量高、成本低、放电性能稳定、无污染等优点而一直受到人们的关注,其商业化的最大障碍是空气扩散电极的性能。氧气还原反应电催化剂的性能对锌-空气电池的性能起着至关重要的作用,贵金属铂具有优良的电催化性能,但由于价格和资源等方面的原因,使得其在应用方面受到限制,因此提高氧电极的催化性能、寻找廉价高效的催化剂一直是锌-空电池研究的热点。本文以Ticl4为原料经水蒸气水解，然后缎烧直接制得TiO2/AC复合催化剂。

摘要： 锌-空气电池是金属-空气电池的一种,空气电极的主要研究方向是选择不同物质替代铂催化剂的研究,例如铂以外的一些贵金属、以及一些金属氧化物,如钙矿型氧化物、尖晶石型氧化物等.铂催化剂的替代物中,二氧化锰以其价廉和对氧还原的高催化活性最吸引人.本文探索了不同晶相结构的二氧化锰的催化活性.

摘要： 本发明提供了一种非贵金属双功能氧电极催化剂，其特征在于，为纳米FeCo8S8与还原氧化石墨烯的复合物。本发明所述的FeCo8S8@rGO催化剂具有多元金属间的协同效应，可以通过调控金属的电子结构提升其催化本征活性，同时FeCo8S8与还原氧化石墨烯形成的原位复合结构，可以提升催化剂整体的导电性和稳定性，在碱性溶液中电催化氧气还原和水氧化均能表现出优异的性能。基于该催化剂组装的锌空电池，表现出与商业贵金属(铂碳+二氧化钌)组合催化剂相媲美的充放电势差和稳定性。因此本发明提供的FeCo8S8@rGO催化剂具有成本低、性能好的优势，可以作为高效氧电极材料应用于锌空电池。

摘要： 本发明公开了一种锌空气电池阴极材料，该阴极材料由导电基体及导电基体上负载的三维网格结构的双功能氧催化剂组成，该双功能氧催化剂由依次在导电基体上原位生长的Ni3S2纳米片、MnO2/NiFe‑LDH纳米片组成，是一种复合材料催化剂。本发明的锌空气电池阴极材料，避免了粘结剂的使用，提高了锌空气电池阴极材料的氧催化活性。本发明还公开了一种锌空气电池阴极材料的制备方法，通过两步水热法将金属硫化物和氧化锰/镍铁双氢氧化物依次原位生长在导电基体上，降低电荷转移阻抗，有利于氧催化反应的发生，提高锌空气电池的动力学性能。本发明还公开了一种全固态锌空气电池及其制备方法。

摘要： 本申请公开一种锌空气电池正极结构、装配方法以及锌空气电池。锌空气电池正极结构包括正极壳和正极片。正极壳包括底壁和形成在底壁周围的侧壁，底壁的内表面包括中心区域和环绕中心区域的边缘区域，中心区域相对于边缘区域向下凹陷，正极壳的气孔位于中心区域，正极片设置在正极壳内，正极片的下表面与边缘区域贴合。本申请提供的技术方案能够解决现有的扣式锌空气电池的漏液问题。

摘要： 本发明涉及电化学储能技术领域，具体公开了一种ZIF‑67沸石咪唑酯骨架基复合电催化剂及其制备方法、锌空气电池正极和锌空气电池，该复合电催化剂的制备方法包括：将碳化ZIF‑67沸石咪唑酯骨架在惰性气氛下进行硫化处理和/或磷化处理。采用碳化ZIF‑67沸石咪唑酯骨架在惰性气氛下进行硫化和/或磷化制备得到的ZIF‑67沸石咪唑酯骨架基复合电催化剂，钴化合物与碳材料之间的异质协同作用以及复合材料中的有序孔结构提供了丰富的催化位点，实现了催化剂的高效双功能特性；该ZIF‑67沸石咪唑酯骨架基复合电催化剂可用于锌空气电池正极，表现出优异的电化学性能，为锌空气电池的实际应用提供了理论基础和技术支撑。

摘要： 本发明公开了一种锌空气电池正极及其正极粉干法制备工艺和锌空气电池。该锌空气电池正极干法制备工艺采用高速搅拌混料机将用于锌空气电池的的正极混合干粉料通过一步成型法高速分散正极粉料以使其中的粘结剂高度纤维化。本发明与传统湿法搅拌方式相比，工艺简单、成本低，同时又能保证正极材料混合均匀、成膜强度高，由此制作的无汞锌空气电池性能优异。

摘要： 本发明公开了一种锌空气电池及锌空气电池、锌负极金属板的制作方法，该制作方法包括步骤：提供锌合金金属粉末和导电剂粉末；添加混合剂，将锌合金金属粉末和导电剂粉末搅拌混合，形成电池软体；添加固化剂，将固化剂添加至电池软体中，将电池软体固化形成电池块；用150‑350°C的温度进行1～2小时烘干处理，形成锌负极金属板。本发明提供的锌空气电池锌负极金属板的制作方法由于设有混合剂和固化剂，混合剂和固化剂使得锌合金金属粉末和导电剂粉末能够充分混合并且快速固化成型，该制作方法简单，简化制作工艺流程，从而节约时间，节约成本。

摘要： 本申请提供一种锌空气电池及锌空气电池的制备方法，涉及电池技术领域。该锌空气电池可以包括：负极盖、负极反应物、隔膜、正极片、正极壳；负极反应物设于负极盖内；正极壳的开口处朝向负极盖的开口处，并扣设在负极盖上；正极片和隔膜设于正极壳内，隔膜位于正极壳内朝向开口处的一侧，且，隔膜位于正极片和负极反应物之间；正极片的一面与隔膜接触，正极片的另一面与正极壳的底部接触；正极壳的底部直径与正极片的直径的差值在预设尺寸范围内，预设尺寸范围的最大值小于或等于第一预设尺寸值。预设尺寸范围的最大值小于或等于第一预设尺寸值，正极壳和正极片可以充分接触，提高了锌空气电池的电阻稳定性以及锌空气电池放电时的稳定性。

摘要： 本申请公开一种锌空气电池正极结构、装配方法以及锌空气电池。锌空气电池正极结构包括正极壳和正极片。正极壳包括底壁和形成在底壁周围的侧壁，底壁的内表面包括中心区域和环绕中心区域的边缘区域，中心区域相对于边缘区域向下凹陷，正极壳的气孔位于中心区域，正极片设置在正极壳内，正极片的下表面与边缘区域贴合。本申请提供的技术方案能够解决现有的扣式锌空气电池的漏液问题。

摘要： 本发明涉及电化学储能技术领域，具体公开了一种ZIF‑67沸石咪唑酯骨架基复合电催化剂及其制备方法、锌空气电池正极和锌空气电池，该复合电催化剂的制备方法包括：将碳化ZIF‑67沸石咪唑酯骨架在惰性气氛下进行硫化处理和/或磷化处理。采用碳化ZIF‑67沸石咪唑酯骨架在惰性气氛下进行硫化和/或磷化制备得到的ZIF‑67沸石咪唑酯骨架基复合电催化剂，钴化合物与碳材料之间的异质协同作用以及复合材料中的有序孔结构提供了丰富的催化位点，实现了催化剂的高效双功能特性；该ZIF‑67沸石咪唑酯骨架基复合电催化剂可用于锌空气电池正极，表现出优异的电化学性能，为锌空气电池的实际应用提供了理论基础和技术支撑。

摘要： 本发明公开了一种锌空气电池阴极材料，该阴极材料由导电基体及导电基体上负载的三维网格结构的双功能氧催化剂组成，该双功能氧催化剂由依次在导电基体上原位生长的Ni3S2纳米片、MnO2/NiFe‑LDH纳米片组成，是一种复合材料催化剂。本发明的锌空气电池阴极材料，避免了粘结剂的使用，提高了锌空气电池阴极材料的氧催化活性。本发明还公开了一种锌空气电池阴极材料的制备方法，通过两步水热法将金属硫化物和氧化锰/镍铁双氢氧化物依次原位生长在导电基体上，降低电荷转移阻抗，有利于氧催化反应的发生，提高锌空气电池的动力学性能。本发明还公开了一种全固态锌空气电池及其制备方法。