周震/魏英进/彭章泉NSR综述: 用于高性能锂氧电池的氧化还原介质

非质子锂氧（Li-O₂）电池凭借其超高的理论比能量而受到广泛关注，然而该电池却存在严重的障碍，如反应动力学缓慢和不希望的寄生反应等。目前，已探索了分子催化剂（氧化还原介质，RMs）来催化Li-O₂电池中的氧电化学，但为了充分发挥Li-O₂电池的性能，有必要深入了解RM的催化机制。

在此，郑州大学周震教授、吉林大学魏英进教授及中科院大连化物所彭章泉研究员等人系统而全面地总结了最近更新的RM（有机、有机金属和无机化合物）在 Li-O₂电池中的开发和应用。具体来说，作者首先介绍了RM的基本工作、设计原理及与RM相关的最新发展；然后重点介绍RM在Li-O₂电池中的应用所遇到的挑战；最后，作者总结了对在 Li-O₂电池中制备有效RM的剩余问题和未来研究机会的看法，将从以下五个方面进行展望：

1）了解Li₂O₂与RMs的氧化动力学；

2）调控RMs的分子结构；

3）优化RMs辅助Li-O₂电池的组件；

4）分析RMs的催化效率；

5）探索寻找新型RMs的指导方针。

图1. FePc在Li-O₂电池中的OER催化机理及性能

客观地说，使用RM是解决Li-O₂电池反应动力学迟缓的最有希望的方法，但仍需要更先进的实验、计算和应用研究来推进RM辅助Li-O₂电池的实际开发。作者认为，未来对实用Li-O₂电池的研究应主要集中在以下三个方面：

（1）探究Li-O₂电化学的基本机制。将理论建模、电化学测量与光谱方法和在线技术相结合，可以识别Li-O₂电池中可能发生的电化学和化学反应；

（2）进一步优化电池组件。未来应考虑将RMs锚定在电极表面或将RMs引入电池组外的工作气体中，这样可以在保持RMs催化功能的同时克服溶解特性的限制；

（3）探索真正意义上的锂空气电池。设计O₂选择性膜是确保电池在恒定O₂气氛下工作的可行策略，从而间接实现Li-O₂电池在环境条件下的运行。

此外，应进一步研究空气中其他气体对电池性能的影响，以最终实现真正的锂空气电池。

图2. 抑制RM氧化还原穿梭的策略

Redox Mediators for High-Performance Lithium-Oxygen Batteries, National Science Review 2022. DOI: 10.1093/nsr/nwac040

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周震/魏英进/彭章泉NSR综述: 用于高性能锂氧电池的氧化还原介质

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