The present invention relates to a cathode material for lithium-carbon dioxide battery and its preparation method and application. The cathode material is a composite of carbon-coated metal nanoparticles and three-dimensional self-supporting carbon materials. The carbon-coated metal nanoparticles account for 10_50wt% of the total mass of the composite. The advantages of the invention are: 1) the invention uses waste and cheap biomass as raw materials, and avoids the use of carbon paper, carbon cloth, foam nickel, graphene foam or electrospinning fiber membrane, thereby greatly reducing the production cost of the battery; (2) the invention is simple in technology, simple in synthesis, and easy to realize large-scale application.
【技术实现步骤摘要】
锂-二氧化碳电池用正极材料及其制备方法和应用
本专利技术属于无机纳米材料及新能源材料领域,涉及可充电锂二次电池,涉及一种锂-二氧化碳电池用正极材料及其制备方法和应用。
技术介绍
由于环境污染和能源危机的日益严峻,绿色新能源的开发和利用是目前的研究热点,锂-二氧化碳电池(Li-CO2batteries)是通过负极的Li与正极的CO2之间发生氧化还原反应来产生电能,由于正极活性物质来自周围的空气,不需要存储在电池里面,其理论比能量密度可以达到1000Whkg-1以上,因此,Li-CO2电池被认为是开发和利用可再生清洁能源的有力技术,在住宅能量存储、电动汽车驱动、矿山电力设备和智能电网等领域具备广阔的应用前景。此外,Li-CO2电池在放电过程中,可将空气中的CO2还原固定,特别是发电厂或工业过程中产生的高浓度CO2,而生成的C和LiCO3可用作燃料和化工原料,被认为是一种极具前景的新型碳捕集技术(LiXetal.,ChineseJournalofCatalysis,2016,37,1016-24)。然而,有机电解液系Li-CO2电池离实际应用还有较大差距,①正极材料催化效率较低,在充放电过程中,存在较大的过电位,可能导致电解液和粘结剂的分解,造成电池性能迅速衰减(ZhangZetal.,AngewandteChemie-InternationalEdition,2015,54,6550-6553);②放电产物(C和LiCO3)不溶于电解液,会沉积于空气电极的孔道,导致气体传输通道堵塞、电极极化和阻抗增大,造成电池过早失效(LiuYetal.,Energy& ...
【技术保护点】
1.锂‑二氧化碳电池用正极材料,其特征在于,该正极材料为碳包覆金属纳米粒子和三维自支撑碳材料形成的复合物,所述碳包覆金属纳米粒子占复合物的总质量为10‑50wt%。
【技术特征摘要】
1.锂-二氧化碳电池用正极材料,其特征在于,该正极材料为碳包覆金属纳米粒子和三维自支撑碳材料形成的复合物,所述碳包覆金属纳米粒子占复合物的总质量为10-50wt%。2.一种制备权利要求1所述的锂-二氧化碳电池用正极材料的方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)将生物质作为原材料,置于金属盐和添加剂的溶液中,再缓慢加入含有机连接剂的溶液,在20-180度下反应1-24h,得到负载金属有机骨架材料的生物质,之后将得到的生物质清洗,除去表面生长不牢的金属有机骨架材料,干燥后得到生物质前驱体;(2)将制备的生物质前驱体,置于管式炉中,于惰性气氛下,以0.5-10度/min的升温速率,升温至600-1100度下,保温1-12h,得到三维自支撑掺杂碳材料负载的碳包覆过渡金属纳米粒子的正极材料。3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述的的步骤(1)中,生物质为具有三维多孔结构的生物质,清洗干净后切成直径为10-20mm、厚度为0.5-10mm的圆片,于烘箱中60-100度干燥备用。4.根据权利要求2或3所述的方法,其特征在于,所述生物质的孔径范围为1nm~100um;所述生物质的密度为0.1~200mg/cm3,所述生物质的孔容为0.1~10...
【专利技术属性】
技术研发人员:梁华根,陈浮,夏秀红,荆胜羽,马静,张永良,张绍良,
申请(专利权)人:中国矿业大学,
类型:发明
国别省市:江苏,32
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