鋅-空氣電池用氧還原催化劑的制備與性能研究開題報告

鋅-空氣電池用氧還原催化劑的制備與性能研究開題報告一、研究背景和意義鋅-空氣電池是一種無污染、高能量密度、廉價的電池，具有廣泛的應(yīng)用前景。鋅是一種常見且廉價的金屬，能夠提供高比容量和高比能量的儲存能量。空氣作為鋅-空氣電池中的氧化劑，能夠提供充足的電子和氧氣，從而實現(xiàn)高效的電化學(xué)反應(yīng)。因此，鋅-空氣電池成為了一種備受關(guān)注的電池技術(shù)。鋅-空氣電池的性能主要受到氧還原反應(yīng)（ORR）的影響。在鋅-空氣電池的正極上，氧氣經(jīng)過ORR還原為水，同時產(chǎn)生電子；在鋅-空氣電池的負極上，鋅和氫離子反應(yīng)產(chǎn)生氫氣和鋅離子。在這個過程中，氧還原催化劑扮演著至關(guān)重要的角色，它能夠降低ORR的活化能，提高反應(yīng)速率，從而提高鋅-空氣電池的性能。目前，常用的氧還原催化劑主要有鉑族金屬、碳材料和過渡金屬氧化物等，但這些材料還存在著成本高、稀缺和催化效率低等問題。因此，本研究將通過制備新型氧還原催化劑，探究其在鋅-空氣電池中的性能表現(xiàn)，為鋅-空氣電池的研究提供一定的參考和指導(dǎo)。二、研究內(nèi)容和方法本研究將重點研究氧還原催化劑的制備和性能評價，具體研究內(nèi)容和方法如下：1.催化劑的制備：將具有催化性能的過渡金屬或其氧化物、碳材料等原料混合并燒結(jié)，制備出新型氧還原催化劑。具體制備過程采用固相法、溶膠凝膠法、溶劑熱法等方法，通過SEM、TEM、XRD、Raman等手段對催化劑的形貌、晶體結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成進行表征。2.催化劑的性能評價：將制備好的氧還原催化劑導(dǎo)入到鋅-空氣電池中，通過循環(huán)伏安法、電化學(xué)交流阻抗法等手段對催化劑的電化學(xué)性能進行評價。同時，對鋅-空氣電池的主要性能參數(shù)進行測試，包括電壓、電流密度、耐久性等。三、研究預(yù)期結(jié)果本研究將制備出新型氧還原催化劑，并對其在鋅-空氣電池中的性能進行評價。預(yù)期結(jié)果如下：1.制備出具有優(yōu)秀催化性能的新型氧還原催化劑，其成本低、性能穩(wěn)定。2.研究出新型氧還原催化劑對鋅-空氣電池性能的影響，從而為優(yōu)化鋅-空氣電池性能提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。3.研究結(jié)果可為鋅-空氣電池應(yīng)用提供一定的參考和指導(dǎo)，從而推動鋅-空氣電池技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。四、研究進度安排本研究計劃于2021年8月開始，共計時長12個月。下面是研究進度安排：1.第1-2個月：文獻綜述，制定研究計劃和研究方案。2.第3-5個月：氧還原催化劑的制備及表征。3.第6-8個月：鋅-空氣電池的構(gòu)建和性能測試。4.第9-11個月：對電池的性能測試結(jié)果進行分析和數(shù)據(jù)處理。5.第12個月：撰寫研究報告和論文，并進行答辯和評審。五、參考文獻1.Lee,D.U.,Min,J.K.,&Lee,J.H.(2020).RecentProgressontheDevelopmentofZinc-AirBatteriesforElectricVehicles.Small,16(28),2001303.2.Chen,J.,Guo,C.,Cheng,F.,&Chen,J.(2021).RecentProgressonTransitionMetal-BasedOxygenReductionElectrocatalystsforZinc-AirBatteries.Small,17(12),2006842.3.Xu,J.,Zhao,T.S.,Ma,X.,&Ren,J.(2014).Recentadvancesinzinc-airbatteries.ChemicalSocietyReviews,43(22),7815-7832.4.Girishkumar,G.,McCloskey,B.,Luntz,A.C.,etal.(2010).Lithium?airbattery:promiseandchallenges.JournalofPhysicalChemistryLetters,1(14),2193-2203.5.Chen,K.,Zhao,M.,Wei,Y.,etal.(2020).High-performancebifunctionalbifacialelectrocatalystf