锂-氧气电池可溶性催化剂的研究进展和面临的挑战

yacoolulu · 发表于 2019-7-3 15:02:00

可充式锂-氧气电池具有极高的理论比能量，约为3,500 Wh kg-1。如能够实际应用，必将对电池产业以及人们的生活带来革命性的影响。然而，目前锂-氧气电池的发展遇到了诸如循环性能差和能量效率低等关键性的技术挑战。这些问题主要来自于伴随氧气析出的充电过程。理论上来讲，放电产物过氧化锂在2.96 V vs. Li/Li+分解析出氧气。然而在实际充电过程中由于过氧化锂导电率低，固体催化剂界面催化活性弱等原因，使得充电过电位过高，导致电解液分解、电极材料腐蚀等一系列问题。

在过去20年的研究中，固体非均相催化剂被广泛应用于锂氧气电池中，并取得了较大进展。但是，由于固相催化剂与放电产物之间的固-固界面催化活性低的本征劣势，使得锂-氧气电池的储能效率和循环寿命都难以显著提升。可溶性催化剂相对于传统的固相催化剂而言，能够将固-固电化学催化，转化成固-液电催化过程，显著降低放电产物过氧化锂的分解过电位。被认为是一种十分有前景的提升锂-氧气电池性能的策略。

近日，来自南京大学现代工程与应用科学学院的何平教授与博士后赵文甲、博士生穆晓玮在Batteries & Supercaps 上发表综述文章，总结了多种类型可溶性催化剂的反应机制及在锂-氧气电池研究中的应用进展。该院周豪慎教授指导了该综述的撰写工作。

该论文将可溶性催化剂分为无机化合物和有机化合物两大类，归纳了近年来可溶性催化剂在锂-氧电池研究中出现的新材料、新机理和新功能。尤其是双液相催化剂、正/负极功能催化剂、高倍率液相催化剂等新的研究热点。另外，该文对可溶性催化剂的基本原理，对过氧化锂形态和放电容量的影响，也进行了介绍。最后，提出了锂-氧电池中可溶性催化剂面临的挑战与发展方向。

本文由苏州亚科科技股份有限公司编辑

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