鋰空氣電池正極催化劑研究進(jìn)展

肖 昂

(青島科技大學(xué) 高分子科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島 266000)

21世紀(jì)，能源問題是人類社會面臨的最大挑戰(zhàn)之一[1]。隨著人口的增長和工業(yè)化的發(fā)展，世界對能源的需求將不可逆地增長[2]。因此，開發(fā)具有高能量密度的新型儲能系統(tǒng)是迫切且必要的。若不考慮參與反應(yīng)的氧氣的質(zhì)量，鋰空氣電池的能量密度可達(dá)11430 W·h·kg-1，與汽油相當(dāng)[3]?；诖?，2009年。IBM公司推出“電池500”項(xiàng)目，其目標(biāo)就是利用鋰空氣電池實(shí)現(xiàn)汽車的行駛里程達(dá)到500 km。從此鋰空氣電池受到全世界眾多科研工作者的關(guān)注[4]。

1 鋰空氣電池概述

Littauer和Tsai[5]在1974年首次提出鋰空氣電池的概念，當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)是采用堿性水溶液作為電池的電解液。該電池具有2.9到3.0 V的開路電壓，在大約200 mA·cm-2的電流密度下具有2.0 V的工作電壓，不過它只能是一次電池或者機(jī)械式充電系統(tǒng)，無法作為二次電池使用。1996年，Abraham和Jang報(bào)道了一種非水電解液鋰空氣電池[6]。該電池由金屬鋰負(fù)極、凝膠聚合物電解質(zhì)和負(fù)載催化劑的碳空氣電極組成。這種電池在室溫下的開路電壓約為3.0 V，可以多次充放電，并且碳正極負(fù)載的酞菁鈷催化劑使其具有較高的庫倫效率。2006年，Bruce及其合作者[7]通過采用負(fù)載有MnO2催化劑的Super P正極改善了鋰空氣電池的循環(huán)性能，該電池在70 mA·g-1的電流密度下循環(huán)50次后比容量仍能保持在600 mA·h·g-1。

圖1 四種類型鋰空氣電池示意圖[3]

Fig 1 Schematics of four types of Li-O2cells[3]

鋰空氣電池結(jié)構(gòu)和鋰離子電池類似，主要由以下幾個(gè)部分組成：金屬鋰負(fù)極、隔膜、電解液、空氣電極。根據(jù)電解質(zhì)的不同，鋰空氣電池主要分為四種類型，包括非質(zhì)子鋰空氣電池，水系鋰空氣電池，全固態(tài)鋰空氣電池和混合鋰空氣電池，其中，非質(zhì)子鋰空氣電池由于其良好的可再充電性和相對簡單的結(jié)構(gòu)而成為研究相對較多的電池。非質(zhì)子鋰空氣電池的主要化學(xué)反應(yīng)為：

總反應(yīng)：

2Li+O2?Li2O2(Eocv=2.96 V)，

陽極和陰極的單獨(dú)放電/充電反應(yīng)用下式：

(i)在鋰電極上，Li?Li++e-(Ea= -3.05 V vs.標(biāo)準(zhǔn)氫電極(SHE)，Li氧化和還原)；

(ii)在氧電極：O2+2Li++ 2e-?Li2O2(Ec= -0.09 V vs 標(biāo)準(zhǔn)氫電極(SHE)，O2氧化還原和析出反應(yīng))。

其中Ea和Ec分別是陽極和陰極的熱力學(xué)開路電壓。有限的電子轉(zhuǎn)移和質(zhì)量傳輸效率以及放電/充電過程中不可預(yù)測的副反應(yīng)是導(dǎo)致電極上電化學(xué)反應(yīng)緩慢和不可持續(xù)的的主要原因。進(jìn)而導(dǎo)致鋰空氣電池實(shí)際容量低，庫倫效率差，倍率能力有限和循環(huán)性能差等缺點(diǎn)。

開發(fā)新型高效的正極催化劑是解決上述問題的關(guān)鍵。目前空氣電極主要存在三大挑戰(zhàn)：1)對放電反應(yīng)(ORR)和充電反應(yīng)(OER)的催化活性差，導(dǎo)致放電和充電過程容量低；2)氧氣環(huán)境下碳的副反應(yīng)，包括電解液在充電過程中的分解反應(yīng)；3)在放電過程中發(fā)生孔堵塞，阻礙氧氣、中間體和產(chǎn)物的輸送，從而限制了放電容量。因此開發(fā)更加實(shí)用、高效的催化劑對解決能源問題具有至關(guān)重要的意義。

2 鋰空氣電池催化劑概述

作為放電產(chǎn)物L(fēng)i2O2形成和分解的主要場所，空氣電極是鋰空氣電池中研究最多的部分。根據(jù)Li2O2產(chǎn)生的放電機(jī)理，空氣電極有以下四個(gè)主要功能：1)催化Li2O2在表面活性位點(diǎn)的形成和分解；2)將多孔通道中的鋰離子和氧氣輸送到活性位點(diǎn)；3)作為放電產(chǎn)物L(fēng)i2O2的儲存空間；4)誘導(dǎo)Li2O2在電極表面的生長和形態(tài)演變。目前，常見的空氣電極催化劑主要為：碳材料、貴金屬以及非貴金屬化合物等。

2.1 碳材料

由于高的導(dǎo)電性、低密度、低成本和易于構(gòu)造多孔結(jié)構(gòu)等優(yōu)勢，碳材料被廣泛應(yīng)用于鋰空氣電池中。碳材料的低質(zhì)量密度和高導(dǎo)電性有利于鋰空氣電池獲得較大的重量比容量。碳電極的孔結(jié)構(gòu)可以用現(xiàn)有技術(shù)輕松調(diào)節(jié)，從而提高鋰離子和氧氣的傳輸效率。此外，碳材料的電子結(jié)構(gòu)可以通過摻雜雜原子進(jìn)行調(diào)整，摻雜雜原子可以形成催化Li2O2形成和分解的有效活性位點(diǎn)?；谝陨蟽?yōu)點(diǎn)，碳材料既可以作為催化劑單獨(dú)使用，也可以作為其他催化劑的載體使用。Liao等人[8]開發(fā)了一種可再生的木材衍生陰極，具有良好對齊的細(xì)長微通道，用于高性能鋰空氣電池。他們將白楊木碳化、活化之后負(fù)載上RuO2納米顆粒(4.15%)，將其應(yīng)用于鋰空氣電池正極催化劑(RuO2/WD-C)。RuO2/WD-C正極可以通過簡單的水洗，從深度放電-充電循環(huán)或100個(gè)容量循環(huán)中完全再生。再生RuO2/WD-C正極的面積容量與初始正極的性能相當(dāng)。在200次循環(huán)后，截止電壓高于2.6 V。即使再次進(jìn)行再生，RuO2/WD-C正極仍然表現(xiàn)出與初始正極幾乎相同的高性能，表明其較高的穩(wěn)定性和出色的可再生性。

Lin等人[9]介紹了一種高質(zhì)量負(fù)載(高達(dá)10 mg·cm-2)石墨烯基空氣電極的制造及對其電化學(xué)性能和機(jī)械性能的研究。由于石墨烯片上的孔結(jié)構(gòu)賦予了石墨烯材料干壓縮性，因此通過壓縮多孔石墨烯材料，可以在無溶劑和無粘合劑的條件下輕易地制備出這種空氣電極，將其應(yīng)用于鋰空氣電池正極，電池表現(xiàn)出優(yōu)異的重量容量以及超高的面積容量(高達(dá)～40 mA·h·cm-2)。

圖2 a)在LiClO4/DMSO電解質(zhì)中，應(yīng)用MCC和CB催化劑的鋰空氣電池首圈充放電曲線(2.0～4.6 V的電壓范圍，200mA·g-1電流密度)；具有b)MCC和c)CB催化劑的鋰空氣電池在LiClO4/DMSO電解質(zhì)中在不同電流密度下的放電曲線；d)鋰空氣電池在不同電流密度下的容量保持能力[11]

Fig 2 a) The charge/discharge profiles of Li-O2cells with MCC and CB catalysts in the first cycle at 200 mA·g-1in the voltage range of 2.0～4.6 V in a LiClO4/DMSO electrolyte,Discharge curves of Li-O2cells with b) MCC and c) CB catalysts at different current densities in a LiClO4/DMSO electrolyte,d) Capacity retention capability of Li-O2cells at different current densities[11]

Yang等人[10]報(bào)道了一種獨(dú)特分級的碳結(jié)構(gòu)(HOM-AMUW)的合成，其由高度有序的大孔(250 nm)組成，在其超薄壁(4～5 nm)上具有豐富的中孔。這種碳結(jié)構(gòu)在500 mA·g-1和2000 mA·g-1的電流密度下分別具有超高的放電容量37523 mA·h·g-1和12686 mA·h·g-1。使用低結(jié)晶Ru納米團(tuán)簇進(jìn)一步官能化之后應(yīng)用于鋰空氣電池正極，電池呈現(xiàn)出較低的充電極化電壓和出色的循環(huán)穩(wěn)定性。顯著的性能增強(qiáng)主要?dú)w因于其獨(dú)特的分級多孔結(jié)構(gòu)，其中有序大孔和超薄中孔壁顯著增強(qiáng)了氧氣和鋰離子的擴(kuò)散能力，并且大孔有利于容納更多的放電產(chǎn)物，從而實(shí)現(xiàn)更大的容量。此外，分級多孔結(jié)構(gòu)將放電產(chǎn)物的形態(tài)調(diào)制為具有高電荷傳輸能力的三維多孔結(jié)構(gòu)，這也有助于電化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行。

Sun等人[11]報(bào)道了一種新型的中孔碳納米立方體的制備方法。由中孔碳納米立方體制成的氧電極包含多個(gè)分級的中孔和大孔，其可促進(jìn)整個(gè)電極中的氧擴(kuò)散和電解質(zhì)浸漬，并提供足夠的空間容納不溶的放電產(chǎn)物。將其用作正極催化劑，在200 mA·g-1電流密度下鋰空氣電池放電容量可達(dá)26100 mA·h·g-1，遠(yuǎn)高于商業(yè)炭黑催化劑。此外，中孔納米立方體結(jié)構(gòu)還可以用作其他高效催化劑的導(dǎo)電主體結(jié)構(gòu)。例如，Ru官能化的中孔碳納米立方體對氧析出反應(yīng)顯示出優(yōu)異的催化活性。具有Ru官能化中孔碳納米立方體催化劑的鋰空氣電池，在截止電壓循環(huán)模式下，充電/放電效率高達(dá)86.2%(電流密度為200 mA·g-1)，并且在400 mA·g-1的電流密度、截止容量為1000 mA·h·g-1的條件下，可以穩(wěn)定循環(huán)120圈。

2.2 貴金屬

貴金屬和貴金屬化合物，如Au，Pt，Pd，Ru，RuO2和IrO2等，可以極大促進(jìn)鋰空氣電池的電化學(xué)反應(yīng)，已被廣泛研究作為鋰空氣電池中的正極催化劑。

圖3 不同孔徑參數(shù)的RuO2陰極的2-70次循環(huán)曲線[12]

Fig.3 Typical discharge and charge curves from the 2nd cycle to 70th cycle of porous RuO2samples at 100 mA·g·-1[12]

Zhou等人[12]以二氧化硅微球?yàn)槟０逯苽涑霾煌捉Y(jié)構(gòu)參數(shù)的有序多孔RuO2材料，用作鋰空氣電池的無碳陰極，系統(tǒng)研究了多孔RuO2孔結(jié)構(gòu)參數(shù)對電化學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，比表面積和孔徑?jīng)Q定了鋰空氣電池的比容量和庫倫效率，孔太小會導(dǎo)致孔堵塞并阻礙鋰離子和氧氣的擴(kuò)散，從而導(dǎo)致較小的比容量和較高的過電勢；孔太大會削弱多孔RuO2的機(jī)械性能，從而導(dǎo)致電化學(xué)反應(yīng)過程中容量的迅速下降。

Yin等人[13]報(bào)道了一種由氮摻雜的碳納米管(CNT)、Co2P和Ru納米顆粒構(gòu)成的高催化活性空氣陰極。均勻分散的Co2P和Ru催化劑可以有效地調(diào)節(jié)Li2O2在放電/充電過程中的形成和分解行為，改善Li2O2的電絕緣性能，并構(gòu)建均勻低阻抗的Li2O2/催化劑界面。由于Co2P和Ru的協(xié)同效應(yīng)，大大改善了ORR/OER動(dòng)力學(xué)，Co2P/Ru/CNT電極提供更高的氧還原觸發(fā)起始電位和更高的ORR和OER電流?；赗u/Co2P/CNT電極的鋰空氣電池顯示出改善的ORR/OER過電位為0.75 V，在1 A·g-1下具有12800 mA·h·g-1的優(yōu)異倍率性能，并且在電流密度為100 mA·g-1、截止容量為1000 mA·h·g-1時(shí)，可以穩(wěn)定循環(huán)185圈以上，顯示出優(yōu)異的循環(huán)性能。

Shen等人[14]研究設(shè)計(jì)并制備了一種氮摻雜空心碳球，并用Ir納米粒子進(jìn)一步修飾，作為鋰空氣電池中的正極催化劑。通過對含胺基有機(jī)前體的高溫碳化處理，不僅實(shí)現(xiàn)了原位氮摻雜，而且確保了摻雜的均勻性，并因此改善了該催化劑的電化學(xué)活性。中孔(約60 nm)與超薄中孔殼結(jié)合，顯著改善了傳質(zhì)能力?？招奶记虻拇罂涨?直徑約250 nm)為放電產(chǎn)物L(fēng)i2O2提供了足夠的容納空間，并且約550.6 m2·g-1的大比表面積提供了大量的活性位點(diǎn)，從而可以提高電化學(xué)反應(yīng)速率，進(jìn)而增強(qiáng)鋰空氣電池的倍率性能。此外，均勻分布的Ir納米顆?？梢燥@著降低充電過電位并改善了鋰空氣電池的循環(huán)穩(wěn)定性。

2.3 非貴金屬化合物

盡管貴金屬基材料對Li2O2形成/分解表現(xiàn)出優(yōu)異的催化活性，但是它們的高成本和稀缺性，以及它們與有機(jī)電解質(zhì)的副反應(yīng)，目前都難以克服。因此，開發(fā)價(jià)格低、儲量大、制備簡單的非貴金屬催化劑便成為解決這些問題的可能策略。此外，通過調(diào)整非貴金屬催化劑的形貌結(jié)構(gòu)可以得到更多的傳輸通道和更大的儲存放電產(chǎn)物的空間，這些優(yōu)勢都是傳統(tǒng)貴金屬基材料所不具備的。

2.3.1 金屬氧化物

圖4 海膽狀NiO-NiCo2O4的場發(fā)射掃描電鏡照片[15]

Zhao等人[15]通過簡單水熱法成功合成出海膽形狀的NiO-NiCo2O4微球，以100 mA·g-1的電流密度進(jìn)行充放電時(shí)，容量可達(dá)到9231/8349 mA·h·g-1，以500 mA·g-1的電流密度進(jìn)行充放電時(shí)，容量可達(dá)3711/2254 mA·h·g-1，表現(xiàn)出較好的倍率性能，在電流密度為100 mA·g-1且截止容量為600 mA·h·g-1時(shí)，可穩(wěn)定工作80個(gè)循環(huán)。這種優(yōu)異的電催化性能源于NiO-NiCo2O4的獨(dú)特海膽狀結(jié)構(gòu)。它可以促進(jìn)循環(huán)過程中氧氣傳輸和電荷傳輸，并為Li2O2的沉積和分解提供足夠的反應(yīng)位點(diǎn)和場所。

Zhang等人[16]將CoO-Co3O4納米顆粒錨定在氮摻雜碳球上，并將其作為鋰空氣電池的陰極材料。結(jié)果顯示出該電池具有較高的催化性能，在電流密度為300 mA·g-1時(shí)可獲得24265 mA·h·g-1的超高放電容量，在1000 mA·g-1的電流密度下的比容量可達(dá)3622 mA·h·g-1。截止容量為500 mA·h·g-1，應(yīng)用N-HC@CoO-Co3O4電極的電池可以達(dá)到112次以上的循環(huán)。這是由于氮摻雜的空心碳球不僅確保了用于容納Li2O2放電產(chǎn)物的超高比表面積，而且還提供了更多的反應(yīng)活性位點(diǎn)。負(fù)載在氮摻雜空心碳球表面的CoO-Co3O4納米粒子可以有效地催化蠕蟲狀Li2O2的形成和分解。

Qiao等人[17]通過犧牲模板法制備出具有多孔壁的新型3D空心α-MnO2骨架(3D α-MnO2)，并將其應(yīng)用于鋰空氣電池陰極材料，結(jié)果顯示在100 mA·g-1的電流密度下實(shí)現(xiàn)了8583 mA·h·g-1的高比容量，在300 mA·g-1下具有6311 mA·h·g-1的優(yōu)異比容量，并且在200 mA·g-1的電流密度下具有170個(gè)循環(huán)的良好循環(huán)穩(wěn)定性。這是由于獨(dú)特的3D空心骨架結(jié)構(gòu)為鋰空氣電池提供了一些特有的性能，包括α-MnO2的固有高催化活性，三維α-MnO2納米線在3D骨架上的催化活性位點(diǎn)，以及連續(xù)空心網(wǎng)絡(luò)和豐富的孔隙度，這些特性都有利于放電產(chǎn)物的儲存聚集和氧擴(kuò)散。

2.3.2 金屬硫化物

Long等人[18]以硝酸銅、硝酸鈷等為原料，采用一步水熱法，直接在泡沫鎳上生長出CuCo2S4，將其應(yīng)用于鋰空氣電池正極，在電流密度為100 mA·g-1,時(shí)，電池比容量可達(dá)9673 mA·h·g-1，并且在電流密度為200 mA·g-1且截止容量為500 mA·h·g-1時(shí)，電池可穩(wěn)定工作164個(gè)循環(huán)而沒有嚴(yán)重極化，表明該電池具有優(yōu)異的循環(huán)性能。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，性能提升主要來自于以下幾個(gè)方面：1)CuCo2S4納米片的獨(dú)特陣列結(jié)構(gòu)可以促進(jìn)氣體擴(kuò)散并同時(shí)保持足夠的氧濃度和電解質(zhì)浸入；2)CuCo2S4@Ni的大表面積可為ORR和OER反應(yīng)提供豐富的催化位點(diǎn)，并為容納放電產(chǎn)物提供充足的空間；3)CuCo2S4納米片的均勻分布可以有效地減輕電池充放電期間的體積變化。

Yin等人[19]報(bào)道了在導(dǎo)電碳紙上包覆NiCo2S4@NiO核-殼陣列3D分層異質(zhì)結(jié)構(gòu)作為鋰空氣電池的自支撐陰極，表現(xiàn)出較低的過電位0.88 V，以及優(yōu)異的倍率性能和循環(huán)性能。獨(dú)特的分層陣列結(jié)構(gòu)可以構(gòu)建用于氧擴(kuò)散和電解質(zhì)浸漬的多維通道。NiCo2S4和NiO之間的內(nèi)置界面電位可以顯著增強(qiáng)界面電荷轉(zhuǎn)移動(dòng)力學(xué)。根據(jù)密度泛函理論計(jì)算，NiCo2S4和NiO固有的Li2O2親和特性對促進(jìn)大顆粒Li2O2的形成具有重要的協(xié)同作用，有利于構(gòu)建低阻抗Li2O2/陰極接觸界面。

Kim等人[20]通過原位液相氧化還原嵌入和剝離的方法，將1T-MoS2與功能化的碳納米管(CNT)雜化，作為不含粘結(jié)劑的自支撐空氣電極。結(jié)果表明其具有優(yōu)異的電化學(xué)性能，在200 mA·g-1的電流密度、500 mA·h·g-1的截止容量條件下可以穩(wěn)定循環(huán)100圈。

2.3.3 金屬碳化物

Gao等人[21]通過對WO3@g-C3N4的原位裂解還原，制備出超薄N摻雜的缺陷碳層包封的W2C雜化物(W2C@NC)，并將其應(yīng)用于鋰空氣電池的正極催化劑。結(jié)果顯示這種催化劑不僅對ORR和OER有高活性，而且對不需要的副產(chǎn)物L(fēng)i2CO3的分解也顯示出高活性。應(yīng)用W2C@NC的鋰空氣電池顯示出更高的初始容量，更低的過電位和更長的循環(huán)壽命，這很大程度上歸因于超細(xì)W2C納米粒子和幾乎單層N摻雜碳的的協(xié)同效應(yīng)。

Liu等人[22]開發(fā)了一種基于TiC的碳基陰極，獨(dú)立的TiC納米線陣列陰極原位生長在碳織物上，覆蓋其暴露的表面。與沒有Ru改性的TiC納米線陣列相比，通過與Ru納米顆粒的沉積，TiC納米線陣列顯示出增強(qiáng)的氧還原/進(jìn)化活性和可循環(huán)性。

2.3.4 金屬氮化物

Liao等人[23]報(bào)告了一種新型的TiN納米棒陣列陰極，其制備方法是首先通過在碳紙(CP)上生長TiN納米棒陣列，然后在TiN納米棒上沉積MnO2超薄片或Ir納米粒子以形成良好的有序、三維(3D)和獨(dú)立的結(jié)構(gòu)陰極：TiN@MnO2/CP和TiN@Ir/CP。兩種陰極都表現(xiàn)出良好的比容量和優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。它們的放電比容量分別高達(dá)2637和2530 mA·h·g-1。在100 mA·g-1的電流密度下可以穩(wěn)定循環(huán)200個(gè)圈。

Choi等人[24]報(bào)道了以嵌段共聚物為模板，制備出具有2D六方結(jié)構(gòu)的介孔氮化鈦(m-TiN)，并將其作為鋰空氣電池的陰極催化劑。由于TiN具有良好排列的孔結(jié)構(gòu)和良好的導(dǎo)電性，使電池?fù)碛休^好的可逆性，可以穩(wěn)定循環(huán)100圈以上。

圖5 鋰空氣電池正極材料充放電前后的TEM圖像[23]

Fig.5 TEM images of Li-O2batteries[23]

Yang等人[25]通過原位化學(xué)氣相沉積(CVD)制備活化的鈷-氮摻雜的碳納米管/碳納米纖維復(fù)合物(Co-N-CNT/CNF)，并將其作為鋰空氣電池正極。該電極的獨(dú)特結(jié)構(gòu)有助于氧氣擴(kuò)散和電解質(zhì)滲透。同時(shí)，氮摻雜的碳納米管/碳納米纖維(N-CNT/CNF)和Co/CoNx用作促進(jìn)放電產(chǎn)物的形成/分解的反應(yīng)位點(diǎn)。Co-N-CNT/CNF陰極的鋰空氣電池在放電平臺(2.81 V)和低電荷過電位(0.61 V)方面表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能。此外，鋰空氣電池還具有較高放電容量(在100 mA·g-1下為11512.4 mA·h·g-1)，以及較長的循環(huán)壽命(130個(gè)循環(huán))。同時(shí)，Co-N-CNT/CNF正極還具有優(yōu)異的柔韌性，因此具有Co-N-CNT/CNF的組裝柔性電池可以在各種彎曲條件下正常工作并保持良好的容量保持率。

2.3.5 MOF

圖6. (a)常規(guī)Ru-C催化劑和(b)MOF衍生的Ru-MOF-C催化劑在鋰空氣電池中長期循環(huán)后的示意圖[26]

Shao等[26]報(bào)道了一種新型Ru-金屬-有機(jī)骨架(MOF)衍生的碳復(fù)合材料，其特征在于在碳基質(zhì)內(nèi)實(shí)現(xiàn)Ru納米顆粒立體的分布，應(yīng)用于鋰空氣電池的催化劑，500 mA·g-1的電流密度下具有高達(dá)800圈(～107天)的穩(wěn)定充電-放電循環(huán)，以及較低的放電/電荷過電勢(～0.2/0.7 V vs Li)。

Wang等人[27]通過3D打印技術(shù)，制備出含Co的自支撐多孔碳骨架結(jié)構(gòu)的新型陰極材料。該新型材料具有良好的導(dǎo)電性和機(jī)械穩(wěn)定性，此外，多孔骨架由在Co-MOF衍生的碳薄片和薄片內(nèi)形成的中孔和微孔之間形成的豐富的微米尺寸的孔組成，這些孔有利于Li2O2顆粒的有效沉積和分解，從而可以顯著提高鋰空氣電池的充放電容量和循環(huán)性能。

3 結(jié)語

鋰空氣電池因其超高的比容量而被廣泛研究，但是諸如電解液易分解、循環(huán)性能較差、倍率性能較差、庫倫效率較低等問題依然沒有從根本上解決。雖然目前已有大量材料被應(yīng)用于正極催化劑，但是其性能都不盡人意，例如，碳材料在電化學(xué)反應(yīng)過程中本身不穩(wěn)定，容易發(fā)生各種各樣的副反應(yīng)；貴金屬催化劑催化性能強(qiáng)，但是價(jià)格昂貴且容易導(dǎo)致電解液的分解；金屬氧化物價(jià)格低、獲取簡單，但是導(dǎo)電性較差。這些問題都制約了鋰空氣電池正極催化劑的商業(yè)化發(fā)展，因此還需要在未來投入大量的研發(fā)工作。正因如此，尋找高效穩(wěn)定的正極催化劑成為了提高鋰空氣電池性能的關(guān)鍵。目前正極催化劑的研究主要從以下兩點(diǎn)出發(fā)：(1)構(gòu)建納米多孔結(jié)構(gòu)提高反應(yīng)位點(diǎn)的數(shù)量，進(jìn)而提升鋰空氣電池的倍率性能，進(jìn)一步增加放電產(chǎn)物的存儲空間，大幅提升鋰空氣電池的比容量；(2)多種催化劑進(jìn)行復(fù)合，發(fā)揮其協(xié)同效應(yīng)。相信在不久的將來，鋰空氣電池必將因其各種優(yōu)異性能，得到更為廣泛的應(yīng)用，改善人類的生活。