河南工业大学第十届大学生创新大赛作品申报书 (3)

河南工业大学第十届大学生创新大赛竞赛作品河南工业大学第十届大学生创新大赛竞赛作品 申 报 书 作品名：作品名： 铝-空气电池氧还原稀土催化剂的制备及表征 学学 院：院： 材料科学与工程学院 申报者姓名申报者姓名 （集体名称） ：（集体名称） ： 宋青青 尹帅 赵玉帆 王国晴 张建红 张中文 韩晓光 类别： 自然科学类学术论文 哲学社会科学类社会调查报告和学术论文 科技制作（投入较大的） 小发明创造 说说 明明 1、申报者应在认真阅读此说明各项内容后按要求详细填写。 2、表内项目填写时一律打印，此申报书可复制。 3、根据作品类别（自然科学类学术论文、哲学社会科学类社会 调查报告和学术论文、科技发明制作）分别填写 B1、B2 或 B3 表。所 有申报者可根据情况填写 C 表。 4、学术论文、社会调查报告及所附的有关材料必须是中文（若 是外文，请附中文本） ，请以 4 4 号仿宋体打印在 A4纸上，附于申报书 后；学术论文及有关材料在 8000 字以内，社会调查报告在 15000 字 以内（文章版面尺寸 14.5cm22cm） 。 5、科技发明制作类作品必须要有 1000 字以内的作品说明，并 附有研究报告、 图表、 曲线、 试验数据、 原理结构图、 外观图或照片， 也可附鉴定证书和应用证书等，打印或粘贴到申报书后。 A A 申报者情况（集体项目）申报者情况（集体项目） 说明：1必须由申报者本人按要求填写； 2申报者代表必须是作者中学历最高者，其余作者按学历高 低排列； 3本表中的学籍管理部门盖章视为申报者情况的确认。 姓 名 宋青青 性别 女 出生年月 1995 年 9 月 申 报 者 情 况 学 院 材料科学与工程学院 专业 无机非金属工程 现学历 本科 年级 二 学制 四年 入学时间 2015 年 9 月 作品全称 铝-空气电池氧还原稀土催化剂的制备及表征 毕业论文 题 目 通讯地址 河南工业大学莲花街校区 邮政编码 450001 电话 67758734 常 住 地 通讯地址 邮政编码 450001 住宅电话 67758734 其 他 作 者 情 况 姓 名 性别 年龄 学历 所在单位 赵玉帆 男 20 本科 河南工业大学莲花街校区 尹 帅 男 21 本科 河南工业大学莲花街校区 王国晴 男 21 本科 河南工业大学莲花街校区 张建红 女 20 本科 河南工业大学莲花街校区 张中文 男 21 本科 河南工业大学莲花街校区 韩晓光 男 21 本科 河南工业大学莲花街校区 资 格 认 定 学校学籍 管理部门 意 见 以上作者是否为 2014 年 7 月 1 日前正式注册在校的全日制 非成人教育、非在职的的各类高等学校专科生、本科生、硕士 研究生或博士研究生。 是 否 （部门盖章） 年 月 日 学院负责 人或导师 意 见 本作品是否为课外学术科技或社会实践活动成果。 是 否 负责人签名： 年 月 日 B2B2 申报作品情况（自然科学类学术论文）申报作品情况（自然科学类学术论文） 说明：1必须由申报者本人填写； 2本部分中的科研管理部门签章视为对申报者所填内容的确 认； 3作品分类请按作品的学术方向或所涉及的主要学科领域填 写； 4硕士研究生、博士研究生作品不在此列。 作品全称 作品分类 （ E ）A机械与控制（包括机械、仪器仪表、自动化控制、 工程、交通、建筑等） B信息技术 （包括计算机、电信、通讯、电子等） C数 理 （包括数学、物理、地球与空间科学等） D生命科学 （包括生物、农学、药学、医学、健康、 卫生、食品等） E能源化工 （包括能源、材料、石油、化学、化工、 生态、环保等） 作品撰写 的目的和基本 思路 目的： 针对制约铝空气电池应用的关键技术， 采用稀土掺 杂调控 Co、 Mn 钙钛矿晶体结构， 提高催化剂表面氧还原活性， 开发具有纳米结构的铝空气电池高效催化剂。 以稀土取代贵金 属作为催化剂不仅成本低，而且能获得突出的效果。 基本思路： 采用共沉淀和水热合成前驱体的方法实现稀土 离子掺杂、 低温活性烧结的方法分别制备了两种稀土复合催化 剂， 一种是稀土与廉价催化剂二氧化锰的复合， 另一种是稀土 与钙钛矿型催化剂的复合， 并与机械共混烧结改性结果进行对 比。结合热重分析（TG） 、差热分析(DTA)、X 射线衍射（XRD） 、 扫描电镜 （SEM） 、 粒度分析以及氧还原性能测定等测试手段对 镧铈等稀土掺杂改性钙钛矿以及锰系催化剂进行对比研究分 析， 初步研究结果显示， 稀土掺杂钙钛矿型催化剂的催化性能 相比于其他催化剂有了很大的提升。 作品的科 学性、先进性 及独特之处 本作品采用稀土掺杂调控 Co、Mn 钙钛矿晶体结构，低温活性 烧结的方法合成钙钛矿系催化剂， 并拟与石墨烯复合用于铝空 气电池空气电极。 本课题在国内该领域内的研究尚属于首次提 出。 作品的实 际应用价值和 现实意义 本研究成果已经有氧还原能力的测定证明有很好的催化 活性，且已在实验室应用于锂空气电池体系和铝空气电池体 系， 锂空气电池体系已经证明有很好的催化活性大大改善了锂 空气电池的放电次数。 铝空气电池的实际应用有待进一步实验 来完成。 相信推广应用后， 将会产生巨大的经济效益和社会效 益。 学 术 论 文 文 摘 本作品以发展铝空气电池为应用背景， 采用两种稀土复 合催化剂， 一种是稀土与廉价催化剂二氧化锰的复合， 另一种 是稀土与钙钛矿型催化剂的复合。 在时与传统的二氧化锰催化 剂进行对比，结合热重分析（TG） 、差热分析(DTA)、X 射线衍 射（XRD） 、扫描电镜（SEM） 、粒度分析以及氧还原性能测定等 测试手段对稀土镧系、 钙钛矿以及锰系催化剂进行对比研究与 分析， 最终得出稀土掺杂钙钛矿型催化剂的催化性能相比于其 它催化剂有了很大的提升，可以应用在铝空气电池空气电极 上，能有效地提高催化活性，进而提高铝-空气电池的实际比 能量值。 本课题还拟将研究石墨烯与稀土掺杂钙钛矿催化剂复 合，以进一步提高催化活性和离子传导性能。 1.已收录世界有色金属CN 文摘： 本文简要介绍了铝空气电池的结构原理和研究现状， 着重对铝 阳极、 空气电极催化剂和电解液进行了分析， 提出了二次充电 的循环原理，并对铝空气电池的应用前景进行了展望。 2.已收录发表西班牙陶瓷与玻璃通报 ， SCI 文摘： Batteries were galvanostatically discharged by an Arbin BT-2000 battery tester between open current voltage and 2.15 V vs. Li+/Li at various current regimes ranging from 0.1 0.4 mA/cm2. Compared with fresh lithium, LIPON coated anode exhibited better electrochemical performance. Good charging efficiency of 90% at a narrower voltage gap with high ionic conductivity of 9.4 10-5 S/cm was achieved through optimizing lithium pre treated conditions, sputtering N2 flows and suitable solute for electrolyte. 作品在何 时、何地、何 种机构举行的 会议上或报刊 上发表及所获 奖励 1. 铝空气电池的研究现状和发展趋势 世界有色金属(已接受投稿) 出版时间 2016.12 2. Influence of surface coating on structure and properties of metallic lithium anode for rechargeable Li-O2 battery 杂志： Boletn de la Sociedad Espaola de Cermica y Vidrio（西班牙陶瓷与玻璃通报）72 期，2016 年 12 月 BSECV_BSECV-D-16-00035 网络版发行时间： 11 月底 发行社： 英国 elsevier （SCI 收录） 鉴定结果 请提供对 于理解、 审查、 评价所申报作 品具有参考价 值的现有技术 及技术文献的 检索目录 1 纪小会. 铝空气电池的研究现状与发展趋势J.电池, 2016 , 2 熊亚琪. 铝空气电池的研究进展J. 电池, 2014, 44(2):116-118. 3 SCAMANS G M，HOLROYD N J H，TUCK C D SThe role of magnesium segregation in the intergranular stress corrosion cracking of aluminium alloysJCorrosion Science，1987，27（87)：329-347 4 SZKLARSKA-SMIALOWSKA Z. Pitting corrosion of aluminumJCorrosion Science，1999，41（9） ：1743-1767 5 SHU Fan-xia( 舒方霞) ，WANG Zhao-wen( 王兆文) ，GAO Bing-liang( 高 炳亮) ，et al. 碱性铝-空气电池用铝合金阳极的研究进展J. Battery Bimonthly( 电池) ，2005，35( 2) : 158 159. 6 ZHANG Chun( 张纯) ，WANG i-chu( 王日出) ，FENG Yan( 冯艳) ，et al. 合金元素对铝阳极性能的影响J. Journal of Central South University ( Science and Technology) 中南大学学报( 自然科学版) ，2012，43( 1) : 81 86. 7 BRITO P S D ， SEQUEIRA C A C. Organic inhibitors of the anode self-corrosion in aluminum-air batteriesJJournal of Fuel Cell Science and Technology，2013，11（1） ：754-760 8任学佑. 铝/空气电池的进展(下) J. 电池, 1995, 25(1):38-40 9 MACDONALD D D，ENGLISH CDevelopment of anodes for aluminium/air batteriessolution phase inhibition of corrosionJJournal of Applied Electrochemistry，1990，20（3） ：405-417 10 LIU Xiao-feng( 刘小锋) ，LU Huo-qing( 鲁火清) ，TANG You-gen( 唐 有根) . 电池用铝合金负极的热处理研究现状J. Battery Bimonthly( 电池) ， 2012，42( 1) : 43 45. 11 YU Zu-xiao( 余祖孝) ，CHEN Chang-guo( 陈昌国) ，LUO Zhong-li( 罗 忠礼) . 铝-空气电池电解液的研究现状J. BatteryBimonthly( 电池) ，2004， 16( 5) : 612 614 12 WANG L，LIU F，WANG W，et alA high-capacity dual-electrolyte aluminum/air electrochemical cellJRSC Advances，2014，4（58） ： 30857-30863 13 REVEL R ， AUDICHON T ， GONZALEZ S Non-aqueous aluminium-air battery based on ionic liquid electrolyteJJournal of Power Sources， 2014，272 14 WU G M，LIN S J，YANG C CPreparation and characterization of PVA/PAA membranes for solid polymer electrolytesJJournal of Membrane Science， 2006，275（1） ：127-133 15 WU G M，LIN S J，YANG C CAlkaline Zn-air and Al-air cells basedon novel solid PVA/PAA polymer electrolyte membranesJJournal of Membrane Science，2006，280（1） ：802-808 16 刘东任. 铝/空气电池阴极及其催化剂研究D. 中南大学, 2004 17MRTarasevieh,ASadkowski,EYeager.Oxygenelectroehemistry刀.ComPre- hensiveTreatiseofElectroehemistry.1983,7:382 一 388 18 刘臣娟. 铝空气电池阴极催化剂的制备及