【摘 要】
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熔盐铁空气电池具有成本低廉、能量密度高及环境友好等优点,在智能电网和电能存储等领域具有良好的应用前景。然而,熔盐铁空气电池目前仍存在氧传质速率较低、抗极化能力差、催化剂难以长时间在高温熔盐中保持高活性等问题。本文以此为切入点,制备了La2O3-Ni Mn O3复合阴极催化剂,向Li0.87Na0.63K0.50CO3体系中加入Cs2CO3构建了新型熔盐电解质体系,通过SEM、EDS、XRD等表征手
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熔盐铁空气电池具有成本低廉、能量密度高及环境友好等优点,在智能电网和电能存储等领域具有良好的应用前景。然而,熔盐铁空气电池目前仍存在氧传质速率较低、抗极化能力差、催化剂难以长时间在高温熔盐中保持高活性等问题。本文以此为切入点,制备了La2O3-Ni Mn O3复合阴极催化剂,向Li0.87Na0.63K0.50CO3体系中加入Cs2CO3构建了新型熔盐电解质体系,通过SEM、EDS、XRD等表征手段对催化剂及电极产物进行微观分析,采用循环伏安,线性扫描伏安、充放电极化和循环充放电等方法研究电催化剂和Cs2CO3对电池性能的影响。将La2O3-Ni Mn O3和加入Cs2CO3后的熔盐电解质相结合,构建了新型熔盐铁空气电池体系,并对其电化学性能进行研究。采用水热法将La2O3-Ni Mn O3生长到翅片电极上,Ni Mn O3的微观形貌为由2~5 nm的纳米粒堆叠而成的规整长方体结构,而La2O3则以纳米粒的结构均匀分布在Ni Mn O3长方体的周围,该材料在以Li0.87Na0.63K0.50CO3共晶碳酸盐为电解质的熔盐铁空气电池中表现出良好的氧还原/氧析出(ORR/OER)性能和优异的结构稳定性,500°C下电池在250个充放电循环中库伦效率接近100%,电压效率最高可达79.8%,放电均压为1.12V,充放电压差约为0.29 V。在原有碳酸盐电解质Li0.87Na0.63K0.50CO3中加入Cs2CO3,构建了新型熔融盐电解质体系,以原位生成锂化Ni O为阴极催化剂考查电解质体系的电化学性能,结果表明,随着添加Cs2CO3浓度的增加,铁空气电池的电化学性能逐渐提升,电解质组成为Cs0.28Li0.75Na0.55K0.42CO3时,电池性能最好,而Cs2CO3浓度过高会导致电解质粘度变大,不利于传质。Cs2CO3的加入显著提高了电解质中氧气的溶解度,增强了空气阴极三相界面处氧气与电催化剂的接触,提高了反应过程中的传质速率,改善了电池的ORR性能。电池在500°C下稳定运行约23000 min,共600个循环,放电均压高于1.14 V,平均库伦效率大于95%,电压效率最高可达80.3%,充放电压差小于0.29 V。以Cs0.28Li0.75Na0.55K0.42CO3共晶熔融盐为电解质,铁片电极为阳极,负载La2O3-Ni Mn O3电催化剂的翅片电极作为阴极构建的新型熔盐铁空气电池体系,电池抗极化能力显著增强,电化学性能明显提升,电池在200个充放电循环中库伦效率高达99%,电压效率达81.5%,平均放电均压大于1.17 V,充放电压差小于0.25 V。
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