鋰空氣電池中錳基氧化物電催化劑研究

 

　　近日，中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所清潔能源化學(xué)與材料實(shí)驗(yàn)室研究員閻興斌課題組和羰基合成與選擇氧化國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的相關(guān)研究人員合作，在Adv. Funct. Mater.上發(fā)表了關(guān)于錳基氧化物在鋰空氣電池中應(yīng)用的研究進(jìn)展的綜述性文章（Advances in Manganese-Based Oxides Cathodic Electrocatalysts for Li–Air Batteries，DOI: 10.1002/adfm.201704973）。相關(guān)內(nèi)容被Materials Views報(bào)道，并入選Advanced Functional Materials 2018年2月熱點(diǎn)文章排行榜Top 10。

 

　　鋰空氣電池作為一種新型電化學(xué)儲能設(shè)備，因其具有極其高的能量密度和環(huán)境友好等特點(diǎn)而引起了廣大研究者的高度關(guān)注。但是，發(fā)生在鋰空氣電池正極表面的嚴(yán)重滯慢的氧還原/析出反應(yīng)動力學(xué)問題，造成了鋰空氣電池的整體電化學(xué)性能不理想，是制約鋰空氣電池商業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵難題之一。因此，開發(fā)一種高效的廉價(jià)的氧還原/析出催化劑是提升鋰空氣電池電化學(xué)性能的一種有效策略。

 

　　閻興斌課題組多年來致力于過渡金屬氧化物基正極催化劑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、放電產(chǎn)物的成核和生長規(guī)律的研究。前期研究已經(jīng)通過設(shè)計(jì)一維管狀δ-MnO2，δ-MnO2/炭復(fù)合電極材料和核殼結(jié)構(gòu)Co/CoO表面修飾的石墨烯-碳化密胺海綿材料，顯著提高了鋰空氣電池的比容量和循環(huán)性能，實(shí)現(xiàn)了放電產(chǎn)物的可控生長；根據(jù)不同金屬氧化物特定晶面對鋰離子和氧氣分子的吸附能力不同，設(shè)計(jì)了放電產(chǎn)物尺寸和分布可控的高性能α-MnO2/Co3O4復(fù)合氧電極。在取得上述研究結(jié)果的基礎(chǔ)上，相關(guān)研究人員全面總結(jié)了錳基氧化物電催化劑在鋰空氣電池中應(yīng)用的研究進(jìn)展。

 

　　該綜述工作全面總結(jié)了鋰空氣電池的反應(yīng)機(jī)理，根據(jù)錳基氧化物的晶體結(jié)構(gòu)和錳元素的化學(xué)價(jià)態(tài)分類，系統(tǒng)全面地闡明了氧化物的設(shè)計(jì)策略、晶體結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成和微觀物理參數(shù)等因素對其氧還原/氧析出活性以及鋰空氣電池整體性能的影響。在此基礎(chǔ)上，提出了目前錳氧化物電催化劑在鋰氧電化學(xué)中急需解決的關(guān)鍵問題和科學(xué)挑戰(zhàn)，并提出了未來該領(lǐng)域的研究方向和機(jī)遇，從而為設(shè)計(jì)高效的錳氧化物電催化劑提供了指導(dǎo)性的建議。