1. 研究目的与意义（文献综述）

由于现今化石燃料的大量使用，导致燃料资源的严重紧缺，同时环境污染的日益加剧也使得开发高效、清洁、实用的储能技术,将风能、太阳能、潮汐能等绿色可再生能源加以利用迫在眉睫。全球范围内积极开展了提高电池能量密度和电极材料稳定性的研究，在所有的电池负极材料中金属锂具有较低的密度，理论能量密度高达 3860 m ah·g^-1[1]，因此近年来以金属锂为基础的电池主导了高性能电池的发展。锂氧电池是消耗锂的燃料电池，也是正极活性物质为氧气的锂电池，其与燃料电池和锂离子电池有着相似之处，也存在着许多不同。与燃料电池相比，其用金属锂替代阳极活性物质氢气，因此不用考虑氢气的储存问题，并且锂氧电池可实现电化学可充; 与锂离子电池相比，其可以直接从周围空气中获取所需的正极活性物质氧气，而不用将其储存在电池体系内，这样可以有效提高电池体系的比能量。可充电锂/空气（或锂/氧气）电池作为一种新型的电池体系，拥有超高的理论比能量密度（基于活性物质氧气进行计算约为11,400wh kg^-1，约为现有可充电锂离子电池的5~10倍）^[3]在需求高能量密度电池领域具有潜在的应用前景，因而受到许多研究者的关注。但是锂/空气电池的发展还处于初期研究阶段，在实际运用和商业化前仍面临着一系列的难题，比如：空气电极稳定性差、电池性能急剧下降，同时涂布电极使用的pvdp等粘合剂也会在反应过程中分解形成副产物^[7]。

针对锂/空气电池存在的这些问题，本论文对空气电极进行了研究，测试在阵列化电极材料及负载金属催化剂的作用下对其性能的影响。以处理好的碳布为基底，采用多巴胺包覆，在高温下退火，形成了由co3o4包住c的结构，再用fecl3将co3o4去除掉得到纯c结构，再在材料上负载上少量的高催化活性的贵金属ru，得到催化活性极好的阴极材料。最后组装成li-o2电池，并测试电池在负载ru前后的电池性能。

四氧化三钴晶体呈现一种正常的尖晶石结构，即:co² (co³ )₂其中o^2-呈密排立方结构，co² 位于其四面体间隙，而co³ 位于其八面体间隙，具有较高的晶体场稳定化能。在空气中低于时，性质十分稳定^[2]。在常温下，不易溶于各种浓酸和水，但是在热的硫酸溶液中能够以较低的速度溶解。另外，还是一种型半导体材料^[9]。

2. 研究的基本内容与方案

co3o4电极的制备

采用三电极体系，并采用恒电位极化方法，以碳布为基底作为工作电极，铂片作为辅助电极，饱和甘汞电极作为辅助电极，用0.05m co(no3)2溶液作为电解液，设置恒电位为-0.8v(vs.sce)，通过控制电量法，控制q=6.18c，然后将产品在60℃烘箱内烘干，再放入马弗炉中在1h内升温到350℃并退火2h，得到co3o4纳米片阵列，其纳米片阵列载量为0.4-0.5mg/cm2。

纯c电极的制备

3. 研究计划与安排

第1-3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，了解研究所需条件。确定方案，完成开题报告。

第4-7周：制备c@ru纳米片阵列材料。

第8-10周：通过电感耦合等离子体原子发射光谱法（icp-aes）测量ru的含量，在biologic vmp3电化学工作站上进行电化学阻抗谱（eis）测量。测试在ru前后两种材料在li-o2电池中的电化学性能。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]刘霞. 超级电容器电极材料四氧化三钴颗粒的制备及其性能的研究[d].中北大学,2017.

[2]何利. 四氧化三钴/石墨烯复合材料的制备及其电化学性能的研究[d].华中师范大学,2016.

[3]冯超. 四氧化三钴纳米材料的控形制备及其电化学性能研究[d].上海交通大学,2015.