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鋰空氣電池中錳基氧化物電催化劑研究

 

　　近日，中國科學院蘭州化學物理研究所清潔能源化學與材料實驗室研究員閻興斌課題組和羰基合成與選擇氧化國家重點實驗室的相關研究人員合作，在Adv. Funct. Mater.上發表了關于錳基氧化物在鋰空氣電池中應用的研究進展的綜述性文章（Advances in Manganese-Based Oxides Cathodic Electrocatalysts for Li–Air Batteries，DOI: 10.1002/adfm.201704973）。相關內容被Materials Views報道，并入選Advanced Functional Materials 2018年2月熱點文章排行榜Top 10。

 

　　鋰空氣電池作為一種新型電化學儲能設備，因其具有極其高的能量密度和環境友好等特點而引起了廣大研究者的高度關注。但是，發生在鋰空氣電池正極表面的嚴重滯慢的氧還原/析出反應動力學問題，造成了鋰空氣電池的整體電化學性能不理想，是制約鋰空氣電池商業化應用的關鍵難題之一。因此，開發一種高效的廉價的氧還原/析出催化劑是提升鋰空氣電池電化學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構設計、放電產物的成核和生長規律的研究。前期研究已經通過設計一維管狀δ-MnO2，δ-MnO2/炭復合電極材料和核殼結構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性能，實現了放電產物的可控生長；根據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，設計了放電產物尺寸和分布可控的高性能α-MnO2/Co3O4復合氧電極。在取得上述研究結果的基礎上，相關研究人員全面總結了錳基氧化物電催化劑在鋰空氣電池中應用的研究進展。

 

　　該綜述工作全面總結了鋰空氣電池的反應機理，根據錳基氧化物的晶體結構和錳元素的化學價態分類，系統全面地闡明了氧化物的設計策略、晶體結構、化學組成和微觀物理參數等因素對其氧還原/氧析出活性以及鋰空氣電池整體性能的影響。在此基礎上，提出了目前錳氧化物電催化劑在鋰氧電化學中急需解決的關鍵問題和科學挑戰，并提出了未來該領域的研究方向和機遇，從而為設計高效的錳氧化物電催化劑提供了指導性的建議。