碳纤维用做溶氧型海水电池(DO-SWB,Dissolved Oxygen-Seawater Battery)正极材料已取得商业化应用,但海水中溶解氧浓度低和材料氧还原反应(ORR,oxygen reduction reaction)活性低制约着电池功率密度的提高,炭材料的氮掺杂近年来备受关...碳纤维用做溶氧型海水电池(DO-SWB,Dissolved Oxygen-Seawater Battery)正极材料已取得商业化应用,但海水中溶解氧浓度低和材料氧还原反应(ORR,oxygen reduction reaction)活性低制约着电池功率密度的提高,炭材料的氮掺杂近年来备受关注。本工作以苯胺为氮源,采用一步法在苯胺(An,Aniline)和硫酸混合液中对聚丙烯腈碳纤维(PAN-CF,Polyacrylonitrile-based Carbon Fiber)进行电化学处理,调控工艺条件制备掺氮电极。采用扫描电镜(SEM,Scanning Electron Microscope)、拉曼光谱(Raman,Raman spectrum)和X射线光电子能谱(XPS,Xray Photoelectron Spectroscope)进行表征,结合电化学测试方法对电极表面特征及ORR活性评价,并对作用机理分析。电化学改性使碳纤维表面产生缺陷并生成吡啶类官能团,有效调控了炭材料的电子结构,增加了电极表面活性位点的数量,改善了氧的吸附和电荷转移能力,使掺氮后电极具有优良的ORR性能。其中,最佳性能电极ORR起始电位为-0.12 V vs SCE,在-0.4 V vs SCE下比电流密度达510 mA/g,作为溶氧型海水电池正极具有可期的应用前景。展开更多
文摘碳纤维用做溶氧型海水电池(DO-SWB,Dissolved Oxygen-Seawater Battery)正极材料已取得商业化应用,但海水中溶解氧浓度低和材料氧还原反应(ORR,oxygen reduction reaction)活性低制约着电池功率密度的提高,炭材料的氮掺杂近年来备受关注。本工作以苯胺为氮源,采用一步法在苯胺(An,Aniline)和硫酸混合液中对聚丙烯腈碳纤维(PAN-CF,Polyacrylonitrile-based Carbon Fiber)进行电化学处理,调控工艺条件制备掺氮电极。采用扫描电镜(SEM,Scanning Electron Microscope)、拉曼光谱(Raman,Raman spectrum)和X射线光电子能谱(XPS,Xray Photoelectron Spectroscope)进行表征,结合电化学测试方法对电极表面特征及ORR活性评价,并对作用机理分析。电化学改性使碳纤维表面产生缺陷并生成吡啶类官能团,有效调控了炭材料的电子结构,增加了电极表面活性位点的数量,改善了氧的吸附和电荷转移能力,使掺氮后电极具有优良的ORR性能。其中,最佳性能电极ORR起始电位为-0.12 V vs SCE,在-0.4 V vs SCE下比电流密度达510 mA/g,作为溶氧型海水电池正极具有可期的应用前景。
