锂-氧气电池:正极催化剂的最新进展与挑战

作     者：温波 朱卓 李福军 Bo Wen;Zhuo Zhu;Fu-Jun Li

作者机构：南开大学化学学院先进能源材料化学教育部重点实验室新能源转化与存储交叉科学中心天津300071 天津物质绿色创造与制造海河实验室天津300192 

基　　金：support of National Natural Science Foundation of China(52171215) Tianjin Natural Science Foundation(19JCJQJC62400) Haihe Laboratory of Sustainable Chemical Transformations 

出 版 物：《电化学》 (Journal of Electrochemistry)

年 卷 期：2023年第29卷第2期

页      码：1-13页

摘      要：非质子锂-氧气电池具有高理论能量密度,在过去几年里受到了广泛关注。然而,动力学缓慢的氧还原反应(ORR)/氧析出反应(OER)和放电产物Li_(2)O_(2)导电性差导致锂-氧气电池过电位大,放电容量有限,循环寿命短。开发有效的锂-氧气电池正极催化剂可以调控放电与充电过程中Li_(2)O_(2)的形成和可逆分解,减小放电/充电极化。尽管提升ORR/OER动力学的正极催化剂已经取得了一系列重要进展,但是对正极在放电和充电中Li_(2)O_(2)生成和分解过程的理解依然是不足的。这篇综述聚焦于锂-氧气电池正极催化剂的最新进展,总结了催化剂与Li_(2)O_(2)生成/分解的作用关系,本文首先指出了锂-氧气电池正极面临的科学问题,包括动力学缓慢的ORR/OER过程和导电性差的反应产物Li_(2)O_(2)钝化电极,并提出了锂-氧气电池正极设计准则。通过对最近报道的正极催化剂进行分类讨论,明晰调控催化剂活性位点策略,理解在正极反应过程中不同催化剂的活性位点对反应中间产物的吸附状态,以及对Li_(2)O_(2)生成和分解的作用机制,评估了不同类型正极催化剂在锂-氧气电池的潜在应用。最后总结了锂-氧气电池正极催化剂依然存在的挑战,例如阐明正极催化剂活性位点与附着的Li_(2)O_(2)界面在充放电过程中的变化,并揭示了设计高效正极催化剂的决定因素,展望了通过光/磁协助、负极保护以及电解液设计等策略,进一步推动锂-氧气电池的应用。

主 题 词：非质子锂氧电池 正极催化剂 反应动力学 过电压 Li_(2)O_(2)的形成与分解 

学科分类：0808[工学-自动化类] 081705[081705] 08[工学] 0817[工学-轻工类] 

D　O　I：10.13208/j.electrochem.2215001

馆 藏 号：203122195...