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摘 要

锂空气电池作为高容量低成本的新型锂电池近年来已经受到了人们的广泛关注。目前锂空气电池的研究主要集中在电解液的和阴极催化剂两方面。电解液和催化剂的性能将在很大程度上决定锂空气电池的整体性能表现。

石墨烯材料因为具有优异的导电性和巨大的比表面积，近年来在空气电池阴极催化剂的研究方面得到了广泛的应用。研究结果表明石墨烯材料与金属氧化物催化剂复合材料具有非常优秀的催化性能。根据前期的研究成果知道，CoO材料对锂空气电池的阴极反应具有很好的催化活性，因此，本文采用了改进Hummer‘s法制备出氧化石墨烯，再用化学沉积法制备CoO-RGO前驱体，分别用管式炉烧结法和微波法制备出CoO-RGO复合材料。把之前制备的氧化石墨烯还原，分别用石墨烯和CoO-RGO作为阴极催化剂组装电池，再分别对它们进行电化学性能测试，最后做比较。研究结果表明，不管是石墨烯还是CoO-RGO都是微波还原的电化学性能要好，因为微波还原用时短，颗粒没有聚集。CoO-RGO复合材料作为催化剂的电化学性能总体都比石墨烯要好。

关键词：锂空气电池 阴极催化剂 CoO-RGO 电化学性能

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Abstract

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High-capacity lithium-air batteries as a new low-cost lithium batteries in recent years has been widespread concern. Lithium-air batteries are currently concentrated in the electrolyte and cathode catalyst. Electrolyte and catalyst performance will determine the overall performance of lithium-air batteries in a great extent.

Because graphene has excellent electrical conductivity and large specific surface area, in recent years it has been widely applied in the study of air battery cathode catalyst. The results show that graphene composite material with a metal oxide catalyst having excellent catalytic performance.According to preliminary research to know, CoO cathode material for lithium-air batteries reaction has good catalytic activity,So we use the improved Hummer's to prepare graphene oxide, and then prepare precursors CoO-RGO by chemical deposition , with a tube furnace and microwave sintering method to prepare CoO-RGO composites respectively.The previously prepared graphene oxide reduction, respectively graphene and CoO-RGO assembled battery as a cathode catalyst, and then test them on their electrochemical performance , and finally to compare.The results showed that, regardless of graphene or CoO-RGO are microwave electrochemical reduction performance is better,because the microwave reduction with time short, particles are not aggregated.CoO-RGO composite material as the electrochemical properties of the overall catalyst is better than graphene.

Key Words: lithium-air battery； cathode catalyst；CoO-RGO；electrochemical

properties

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2锂空气电池研究进展 1

1.3锂空气电池工作原理 2

1.4 锂/空气电池的优势及研究所遇到的问题 3

1.4.1 优势 3

1.4.2 问题 4

1.5锂空气电池电解液 4

1.6锂空气电极结构与材料 5

1.7锂空气电池阴极催化剂 6

1.8石墨烯基 Co-CoO/RGO复合催化剂 8

1.9 课题的提出和研究策略 9

第二章 实验部分 10

2.1 实验药品 10

2.2 仪器设备 11

2.3实验方案 11

2.3.1 氧化石墨烯的制备 11

2.3.2 CoO-RGO复合材料的制备 12

2.4 物理性质测试 13

2.4.1 X-射线衍射分析（XRD） 13

2.4.2 场发射扫描电子显微镜（FESEM） 14

2.4.3 透射电子显微镜（TEM） 14

2.4.4 能谱分析（EDS） 14

2.5 电化学性能测试与表征 15

2.5.1电极的制备与电池组装 15

2.5.2 恒流充放电测试 17

2.5.3 循环伏安测试（CV） 17

第三章 实验结果与讨论 18

3.1 形貌表征 18

3.2电化学性能 20

第四章 结论 23

第五章 展望 24

参考文献 25

致谢 28

第一章 绪论

1.1 引言

近年来，传统能源如煤炭，石油等是日趋枯竭，对环境的污染也是比较严重，像天然气这样的新能源虽然热值高，对环境也比较友好，但是也是越用越少。随着人类对环境的要求越来越高，对能源的依赖越来越重，科学家们迫切寻找一种环境友好的新能源，电化学能就进入了人类的视野中，锂离子电池就是其中的佼佼者。金属锂的密度较小，电极电势最低，电子导电性很好。锂电池相对于其他电池具有较高的比能量和更高的放电电压，而且具有能量转换效率高、零排放、无污染，可移动与组合等优点，被人们寄予厚望于新能源汽车。但是，即使锂离子电池达到了其理论容量，比能量和能量密度依然限制了其在动力电源特别是新能源汽车上的应用。目前为止锂离子电池的能量密度仅有100-200 whkg^-1，与实用要求有一定差距。科学家发现了锂空气电池，它作为一种新型储能装置，空气中的氧气参与反应，理论能量密度高达11140 whkg^-1[1]，比现有的锂离子电池体系高出了一个数量级。但是，锂空气电池的反应机理没研究透彻，还有如电解液的稳定性和廉价双效催化剂等问题也是研究瓶颈。所以科学家们把大部分目光都集中在以上的问题上并取得了不错的成果。

1.2锂空气电池研究进展

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