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简析PtAg/C氧还原电催化剂制备与其在锌空电池中运用

收藏本文 2024-01-16 点赞:17535 浏览:72704 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:锌空燃料电池因其燃料为空气中的氧气,能量高,绿色环保等独特的优势,是目前能源电池领域探讨的热点之一。其中锌空气燃料电池探讨的一个核心领域为气体扩散电极中高效氧还原电催化剂的制备。本论文针对锌空电池中氧还原催化剂催化活性不高、耐久性差等不足,制备出高活性Pt-Ag二元合金纳米粒子/C复合电催化剂。本论文采取微波辅助多元醇的策略,通过对炭黑预处理,成功制备出碳载纳米铂银合金复合催化剂。通过调节反应系统的pH、反应盐系统、不同的醇水比等因素,找到了一个制备Pt-Ag/C催化剂的最佳工艺条件:催化剂的载体为120℃酸化炭黑;金属盐溶液的系统为Ag(NH3)2OH+H2PtCl6溶液系统;反应系统的pH值为10;反应系统中的醇水比例为2:1。通过TEM和SEM测试,得知金属粒子的粒径都在7nm左右,在炭黑载体的表面均匀负载。通过转变铂银之间的比例,成功合成了Pt20Ag80/C、Pt30Ag70/C、Pt40Ag60/C、Pt5oAg50/C四种铂银原子比的催化剂。通过XRD和XPS测试,知合成的金属纳米粒子是以银为溶剂,铂为溶质的合金固溶体。经过电化学测试,发现碳载铂银催化剂对氧还原反应均体现了很高的电化学催化活性,它们的氧还原反应路径均为四电子反应路径。与E-TEK商业催化剂Pt/C比较,Pt20Ag80/C、Pt30Ag70/C、Pt40Ag60/C、Pt5oAgso/C催化剂的单位Pt质量活性更高,其中以Pt30Ag70/C的电化学催化活性最好。将四种碳载铂银催化剂组装成锌空燃料电池,进行充放电性能测试。结果表明:利用自制铂银催化剂组装电池的容量和放电时间均优于利用商业催化剂Pt/C制作的电池,其中利用Pt30Ag70/C电催化剂制作的电池性能最佳,其放电时间为3.4h,放电容量为520.2mAh。关键词:锌空气燃料电池论文Pt-Ag合金/C电催化剂论文氧气还原反应论文Pt/C论文电池性能论文

    摘要4-6

    ABSTRACT6-14

    第一章 文献综述14-25

    1.1 课题引言14

    1.2 锌空气燃料电池14-17

    1.2.1 工作原理及特点15-17

    1.2.2 探讨进展及有着不足17

    1.3 气体扩散电极17-19

    1.3.1 结构及运用领域18-19

    1.3.2 需要解决的难题19

    1.4 气体扩散电极的氧还原催化剂19-23

    1.4.1 催化剂的氧还原论述基础20-21

    1.4.2 氧气还原反应催化剂的分类21-22

    1.4.3 催化剂的探讨进展及有着不足22

    1.4.4 铂系二元合金催化剂22-23

    1.5 论文的探讨目的作用,内容和革新点23-25

    第二章 实验部分25-33

    2.1 实验药品和仪器25

    2.1.1 实验药品和原材料25

    2.2 实验仪器25-26

    2.3 二元合金Pt-Ag/C催化剂的制备26-28

    2.3.1 炭黑的预处理26

    2.3.2 合金Pt-Ag/C催化剂的制备26-28

    2.4 电极的制备及锌空气电池的组装28-30

    2.4.1 空气阴极的组装流程28-29

    2.4.2 锌阳极的组装29

    2.4.3 锌空气电池的组装29-30

    2.5 催化剂物性及结构表征30-31

    2.6 催化剂及电池的电化学测试31-33

    第三章 一步法制备二元合金Pt-Ag/C催化剂及物性表征33-51

    3.1 合金Pt-Ag/C催化剂制备的工艺探讨33-40

    3.1.1 不同温度处理炭材料对催化剂负载的影响33-36

    3.1.2 氨水络合金属盐对催化剂结构的影响36-38

    3.1.3 反应系统pH值对催化剂粒径的影响38-39

    3.1.4 反应物中醇水比例对催化剂分散性的影响39-40

    3.2 微波多元醇法制备不同Pt/Ag比例催化剂及物性表征40-50

    3.2.1 催化剂的形貌,粒径及分散程度浅析41-43

    3.2.2 催化剂的晶型结构及合金化程度浅析43-45

    3.2.3 不同热处理温度对催化剂合金化程度的影响45-46

    3.2.4 催化剂中Pt和Ag结合状态的XPS浅析46-49

    3.2.5 Pt和Ag合金组成的拉曼光谱浅析49-50

    3.3 本章小结50-51

    第四章 合金Pt-Ag/C催化剂的电化学行为探讨51-67

    4.1 催化剂的氧还原电化学性能浅析51-52

    4.2 不同铂银配比Pt-Ag/C催化剂的氧还原路径剖析52-61

    4.2.1 Pt_(20)Ag_(80)/C催化剂电催化氧还原反应的路径浅析52-55

    4.2.2 Pt_(30)Ag_(70)/C催化剂电催化氧还原反应的路径浅析55-56

    4.2.3 Pt_(40)Ag_(60)/C催化剂电催化氧还原反应的路径浅析56-58

    4.2.4 Pt_(50)Ag_(50)/C催化剂电催化氧还原反应的路径浅析58-60

    4.2.5 Pt/C催化剂电催化氧还原反应的路径浅析60-61

    4.3 电化学比表面积的测量61-63

    4.4 不同铂银比的Pt-Ag/C和商业Pt/C催化剂电化学性能比较63-64

    4.5 氧气还原动力学历程探讨64-66

    4.6 本章小结66-67

    第五章 锌空燃料电池的性能测试67-75

    5.1 气体扩散电极的结构形貌表征67-70

    5.1.1 气体扩散电极电极的SEM和EDX测试67-68

    5.1.2 气体扩散电极的电阻率测试68-69

    5.1.3 气体扩散电极的孔径分布69

    5.1.4 气体扩散电极的亲疏水角测试69-70

    5.2 锌电极的的表征70-71

    5.3 锌空气燃料电池的组装及充放电性能的测试71-74

    5.3.1 锌空气电池的组装71-72

    5.3.2 锌空气燃料电池的充放电性能的测试72-74

    5.4 本章小结74-75

    第六章 实验结论75-76

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