摘要：锂-氧气电池因其超高的理论比容量而受到科研界的广泛关注,但其存在较为严重的充放电极化和较差的循环稳定性等问题,从而极大地限制其商业化进程.因此设计出有效的正极催化剂是解决锂-氧气电池面临的这些棘手问题的必要手段.通过对不同充电状态的废旧锂电池正极进行回收制得三种不同锂含量的多元金属氧化物Li_(x)MO(x=0.79,0.30,0.08;M=Ni/Co/Mn),并分别用作锂-氧气电池正极催化剂.系统研究了Li_(x)MO材料中锂含量及晶体结构对其电化学性能的影响.电化学测试结果表明,与Li_(0.79)MO和Li_(0.08)MO催化剂相比,基于Li_(0.30)MO为正极催化剂的锂-氧气电池在电流密度100 mA·g^(-1)和限定容量800 mAh·g^(-1)的条件下具有较高的放电比容量(14655.9 mAh·g^(-1))、较低的充电电压(3.83 V)和较高的能量转换效率(72.2%).而且该电池体系在充放电循环140圈后充电终止电压仍低于4.3 V.最终认为制得的Li_(0.30)MO材料具有优异的催化性能归因于其稳定的层状-岩盐相复合结构以及结构中富含的氧化镍相和氧空位之间的协同作用.这些优点能够促进放电产物的可逆形成与分解,从而提高锂-氧气电池循环性能.

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。

摘要：锂氧气电池的正极氧还原反应(ORR)和析氧反应(OER)的缓慢动力学过程严重影响了电池性能。因此,设计制备了一种一维纳米棒状CoSe_(2)@Co_(0.85)Se复合材料作为锂氧气电池正极催化剂。结果表明,独特的多孔棒状结构使材料具有高比表面积和丰富的催化活性位点,复合材料界面上的电子相互作用优化了界面电子结构,有利于电荷转移和反应中间体的吸脱附,从而提高了ORR/OER反应动力学。当该复合材料用于锂氧气电池正极催化剂时表现出优异的放电比容量(14 748 mAh/g)和循环稳定性(231圈)。

摘要：环境污染和能源枯竭等问题对开发新的储能和转换装置提出了更高的需求。具有超高能量密度的Li-O_(2)电池有望成为替代传统化石能源极具潜力的候选。但Li-O_(2)电池滞后的反应动力学带来的实际能量密度低、稳定性不佳及倍率性能差等问题制约了其应用,因此迫切需要开发高效电催化剂来提高其滞后的反应动力学。过渡金属硫族化合物由于其类石墨烯结构特点以及本身优异的催化活性吸引了研究人员的广泛研究。本文介绍了过渡金属硫族化合物材料在非水系Li-O_(2)电池催化剂方面的最新研究进展,包括过渡金属硫化物、硒化物、碲化物以及双过渡金属硫族化合物催化剂对Li-O_(2)电池催化性能提高的影响,阐述了对过渡金属硫族化合物材料进行结构设计构建、相调控以及表面改性的方法,建立了其微观结构与氧还原和氧析出催化活性的联系,最后对过渡金属硫族化合物材料在Li-O_(2)电池中的进一步应用进行了展望。

摘要：采用碱洗煅烧法回收废旧锂离子电池高镍三元正极材料,制备得到含Ni、Co、Mn 3种过渡金属元素氧化物,并用作锂-氧气电池的正极催化剂.根据XRD和XPS结果,回收的高镍三元正极材料与原始材料相比,回收的Spent 811材料表面存在较严重的锂镍混排,具有较厚的氧化镍岩盐相.电化学测试结果显示,基于Spent 811为正极催化剂的锂-氧气电池表现出较大的比容量和良好的循环稳定性.在100 mA·g^(-1)的电流密度下放电比容量可达5307.5 mAh·g^(-1),且在限定容量800 mAh·g^(-1)下可以稳定循环80圈.本文认为回收的Spent 811材料在长循环后形成的氧化镍相与表面缺陷之间的协同作用,大大提升了Spent 811材料的催化活性,促进了放电产物的可逆形成与分解,从而改善锂-氧气电池的循环性能.