论文部分内容阅读
锂/亚硫酰氯电池应用温度范围虽然可达—55～+85℃，但其在低温下的输出电压会显著下降。此外，锂/亚硫酰氯电池的放电倍率不佳，即大电流放电性能不好，易发生极化现象，解决这两个问题需要寻求新型催化剂。由此寻找新型高效的催化剂已成为改善锂/亚硫酰氯电池性能的关键。这一问题一旦解决，必将有利于锂/亚硫酰氯电池的发展。由此本课题将针对锂/亚硫酰氯电池的正极和电解液体系中的催化剂进行研究和探讨。
研究多壁碳纳米管对亚硫酰氯还原反应的电催化行为。用循环伏安法研究SOCl2在碳纳米管粉末微电极上的电化学反应，讨论碳纳米管对亚硫酰氯还原的电催化影响，发现碳纳米管对亚硫酰氯还原有一定的催化活性，使得SOCl2的还原峰电位向正方向移动，可以进一步提高SOCl2在多壁碳纳米管粉末微电极上的扩散系数和交换速率常数。将碳纳米管以添加剂的形式添加到应用于ER1860型Li/SOCl2实体电池的乙炔黑正极中，讨论碳纳米管的添加量对电池放电性能的影响，从放电实验验证得到多壁碳纳米管的加入可以明显提高电池在低温下的放电电压，也可以提高电池在常温和高温下的放电容量，而在碳正极中碳纳米管的添加量过少或过多，都不能使碳正极发挥出最佳的电化学性能，其中以MWCNTs含量为5 wt％的效果最显著。
研究具有两个不同中心金属离子的平面双核金属酞菁化合物，即双核钴锰酞菁对亚硫酰氯还原催化性能和催化机理的进行研究，并与酞菁钴和酞菁锰进行对比，测定在玻碳电极上双核金属酞菁化合物催化SOCl2还原反应的动力学参数，确定双核金属酞菁化合物对亚硫酰氯还原反应的催化活性大小。与酞菁钴和酞菁锰相比，具有不同金属中心的双核钴锰酞菁对亚硫酰氯还原反应的催化作用更强，主要通过两方面来表现：Ⅰ)SOCl2的还原峰电位向正方向电位移动；Ⅱ)还原峰电流也有所增大。从空白玻碳电极上得到的交换速率常数K0为5.31×10-8cm/s，在酞菁钻和酞菁锰支持的玻碳电极上所得到的K0分别为1.31×10-7cm/s和2.47×10-7 cm/s；而由于具有不同金属中心的双核酞菁化合物的具有平面的刚性结构和强大的∏电子共轭体系，使得在双核钴锰酞菁支持的玻碳电极所测得的K0为3.92×10-7cm/s。应用于ER14250型Li/SOCl2实体电池中，双核钴锰酞菁更具备提高电池的平均放电电压和稳定放电平台的能力。在10mA恒流放电时，可以提高电池在低温—30℃放电中点电压0.3V，提高电池在常温25℃下的放电容量约100mAh。
本论文研究了酞菁钴/碳纳米管复合催化剂作为锂/亚硫酰氯电池的正极添加剂对亚硫酰氯还原反应的电催化性质。将混酸处理过的多壁碳纳米管与亚硫酰氯反应得到酰氯化的碳纳米管，随后通过有机回流的方法将酞菁钴稳固地负载在碳纳米管的表面，形成酞菁钴/碳纳米管复合催化剂。透射电镜(TEM)和X射线衍射(XRD)结果表明酞菁钴颗粒均匀地分散在碳纳米管表面。采用红外光谱(IR)和紫外可见光谱(UV—Vis)等方法研究了这种复合催化剂的构建过程，结果表明酞菁钴分子与碳纳米管之间存在较强的π—π相互作用，使其能牢固地吸附于碳纳米管表面。CoPc/MWCNTs复合催化剂使得CoPc和MWCNTs之间发生相互协同的作用，致使复合催化剂具有更强的催化活性，使得亚硫酰氯还原反应的峰电压提高了约250mV。将CoPc/MWCNTs复合催化剂应用于ER1860型Li/SOC12实体电池中，在5mA恒流放电时，可以提高电池在低温—30℃放电中点电压0.3V，提高电池在常温25℃下的放电容量约25mAh。催化剂在锂/亚硫酰氯电池性能上的发挥起到了至关重要的作用。开发和应用新型材料作为催化剂，将会给锂/亚硫酰氯电池注入新鲜血液，对于电池性能的改善和电池新产品的开发有非常重要和积极地意义。