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二氧化钛正极催化剂在锂-氧电池中的应用

TiO2-x Nanoparticles as a Cathode Catalyst for Lithium-Oxygen Batteries

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【作者】 李子凡胡小飞李福军程方益陈军

【Author】 Zifan Li;Xiaofei Hu;Fujun Li;Fangyi Cheng;Jun Chen;Key Laboratory of Advanced Energy Materials Chemistry(Ministry of Education),College of Chemistry,Nankai University;

【机构】 南开大学化学学院先进能源材料化学教育部重点实验室

【摘要】 锂-氧电池(2Li+O2  Li2O2)因具有高出锂离子电池10倍的理论能量密度(3500 Wh kg-1)[1],引起广泛关注。然而其缓慢的氧还原(ORR)、氧析出(OER)动力学使其过电位高,循环寿命短。正极催化剂能有效解降低过电位,提升电池循环性。二氧化钛是宽带隙半导体,具有一定的ORR催化活性[2],但其弱的导电性限制其在锂-氧电池正极催化中的应用。本文提出温和制备缺陷纳米二氧化钛方法,在常压和低温(0℃)下通过调控NaBH4用量,成功制备出不同缺陷程度的氧化钛,并应用于锂-氧电池正极催化剂。XRD表明缺陷氧化钛为金红石相(SG,P42/mnm;JCPDS No.76-319,a=b=4.60830 nm and c=2.97370 nm)。通过对氧化钛XRD精修,发现钛的平均价态由TiO2降低到TiO1.85。使用TiO1.85与导电碳(Super P)以1:5质量比混合作为锂-氧电池正极催化剂,放电平台由2.6 V提升到2.7 V,充电由4.2 V降低到3.8 V,循环性由10圈提升至98圈(2.4V-4.5V)。

【Abstract】 Through deoxidizing commercialized TiO2 by NaBH4 reduction at 0 ℃,TiO2-x nanoparticles were synthesized and thus utilized as a cathode catalyst for lithium-oxygen batteries(LOBs).Benefitting from the reversible oxygen scavenging,high catalytic activity,and mixed-valence of Ti(from TiO2 to TiO1.64),the battery’s cycle stability,discharge capacity and rate capability were improved markedly.Especially,the as-prepared TiO1.85 nanocomposite exhibits excellent LOBs performance.Cycle life of the LOBs have jumped from 10 to 98 cycles with cut-off capacity of 500 mAh g-1 in comparison with Super P.Moreover,the fact that the first two layers of Li2O2depositing onto TiO2 are metallic is also a key point for the improvement of battery performance.

【关键词】 锂-氧电池电催化缺陷二氧化钛XRD精修
  • 【会议录名称】 中国化学会第30届学术年会摘要集-第三十分会:化学电源
  • 【会议名称】中国化学会第30届学术年会-第三十分会:化学电源
  • 【会议时间】2016-07-01
  • 【会议地点】中国辽宁大连
  • 【分类号】TM911.41;O643.36
  • 【主办单位】中国化学会
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