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基于碳纳米管的热电化学电池研究

作　者: 曹明轩
导　师: 董长昆
学　校: 温州大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 热电化学电池碳纳米管电极电泳法化学气相沉积法
分类号: TM911
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 3次
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内容摘要

随着社会经济的发展，人们对于生态环境越来越关注，能源的利用和回收成为了重要的研究课题。低位热能（130℃）是一种自然环境中广泛存在的能量形式，可以从地热、太阳光、工业废热等多种渠道中获取，被视为一种可持续发展能源。一直以来，研究者们试图利用半导体热电材料和斯特林发动机等方式将低位热能转化成电能。尽管近些年来以上技术取得了一些进展，但低位热能的回收还是受到能量转换效率低、初期成本高、稳定性差等问题的制约。热电化学电池是一种利用溶液中电化学热电效应完成热能向电能的转化的装置。热电化学电池具有设置简单、绿色环保、低维护费用等优势。而限制热电化学电池实际应用的主要因素是较低的能量转化效率和造价昂贵的电极材料。传统的温差电池所使用的的电极材料一般是铂、钯等贵金属，而随着对纳米材料的不断研究，碳纳米管成为了电极材料的新选择。比表面积大、导电性好的碳纳米管电极可以提供更多的活性位点,有利于电子的运输;同时碳纳米管稳定的化学、力学、热学性质成为了温差电池长时间正常工作的保障。碳纳米管电极的制备方法很多，比如化学气相沉积法、丝网印刷法、涂覆法以及电泳法等。其中电泳法和化学气相沉积法分别有各自独特的优势，而且电泳法制备碳纳米管热电化学电池在国内外均未见报道。本文主要研究内容包括：应用电泳法（EPD）和化学气相沉积法（CVD）制备碳纳米管电极，通过热电化学电池测试系统对电极性能进行测试分析，进而对电泳沉积中的电泳液组成、工作电压、沉积时间和化学气相沉积中的基底种类、气体流量、反应压力等工艺参数优化，以实现相对较高的热电转化效率。通过优化，碳纳米管电极在50℃温差下，面电流密度达到1.76mA/cm~2，能量转化效率可达到0.14%，而相对能量转化效率可达0.9%。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-10
一、绪论  10-20
  1、热电化学电池  10-14
    1.1 热电化学电池简介  10
    1.2 热电化学电池的基本原理及结构  10-13
    1.3 热电化学电池研究现状  13-14
  2、碳纳米管  14-19
    2.1 碳纳米管的结构  15-16
    2.2 碳纳米管的性质  16
    2.3 碳纳米管的制备与应用  16-19
  3 本论文的目的与意义  19-20
二、碳纳米管电极的制备  20-32
  1、电泳法制备碳纳米管电极  20-27
    1.1 电泳法原理  20-21
    1.2 电泳法的主要参数  21-22
    1.3 碳纳米管电泳液  22-23
    1.4 电泳法制备碳纳米管电极  23-27
  2、化学气相沉积法制备碳纳米管电极  27-32
    2.1 化学气相沉积法原理  27-29
    2.2 化学气相沉积法的主要参数  29-30
    2.3 化学气相沉积法制备碳纳米管电极  30-32
三、基于碳纳米管电极的热电化学电池性能研究  32-46
  1、电极性能测试系统  32-34
    1.1 主要的实验仪器和药品  32
    1.2 电极性能测试系统  32-34
  2、电泳工艺的优化  34-41
    2.1 电泳液配比的优化  34-37
    2.2 电泳电压的优化  37-39
    2.3 沉积时间的优化  39-40
    2.4 电泳法参数优化结果  40-41
  3、化学气相沉积工艺的优化  41-46
    3.1 真空度的优化  41-42
    3.2 生长时间的优化  42-44
    3.3 化学气相沉积法参数优化结果  44-46
四、结论与展望  46-48
参考文献  48-52
致谢  52-54
攻读学位期间发表的学术论文目录  54

基于碳纳米管的热电化学电池研究

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