锂-氧可充电池的机理研究及其性能优化

锂-氧可充电池在近期引起了广泛的关注。但锂-氧电池的工作机理的解释尚不统一，其性能的优化也面临着诸多的挑战。本项目基于前期的研究结果，提出了由局部到整体的研究思路。首先，选用既定的催化剂（Pt或Au），结合经典电化学测试方法和原位/非原位分析手段，研究氧气在不同有机电解质中的氧化还原机理，着重分析有机电解质参与的副反应及其反应机理，优选出适用于锂-氧电池的有机电解质。然后，以优选出的有机电解质为基础，分析比较不同廉价的氧化物催化剂对锂-氧电池的充电和放电的影响，优选出合适的催化剂。最后，以优选出的电解质和催化剂为基础，根据锂-氧电池的工作原理，设计和合成具有不同比表和孔结构的催化剂载体，实现锂-氧电池的整体性能优化。本项目研究将为氧气在非水电解质中电催化还原提供新的研究方法和思路。研究结果将不仅对锂-氧电池的机理研究及其性能的优化，而且对开展锂-氧电池实用技术具有重要的价值。

依据项目研究研究计划，项目的具体的实施情况包括以下内容：1. 建立或健全了用于研究锂-氧电池反应机理的原位和非原位的测试手段，具体包括：非原位的红外(FT-IR)分析、非原位的X射线衍射(XRD)分析、非原位的扫描电镜(SEM)和投射电镜(TEM)测试手段，以及电化学原位气相质谱分析手段；2. 将上述原位/非原位分析手段与经典的电化学测试方法结合，详细研究了氧气在不同有机电解质中的氧化还原机理，着重分析有机电解质参与的副反应及其反应机理，具体研究的电解液包括：以PC或EC为主要溶剂的常规锂离子电池用有机电解液、离子液体和醚类有机电解液，并最终选用稳定的醚类有机电解液为后续研究的既定电解液体系；3. 在既定电解液的基础上，详细研究了不同廉价催化剂对锂-氧电池综合性能的影响，并根据上述机理研究的结果，设计合成不同类型的高效催化剂，有效地提升了锂-氧电池的电化学性能。上述研究结果将对锂-氧电池的机理研究及其性能的优化，以及对开展锂-氧电池实用技术具有重要的价值。在本项目的资助下，目前已在国际学术刊物上发表IF>4.0的SCI论文7篇，还有部分数据已整理成文待发表，申请一项国内专利。