為應對能源和環境兩大全球性問題，人們對可再生能源 （ 太陽能、風能和潮汐能等） 的應用研究不斷加深，與此同時，也對電能存儲系統 （ 如燃料電池、鋰硫電池和金屬-空氣電池等） 進行了廣泛深入的探索。 目前，鋰離子電動車的電池能量密度即將達到其理論極限，嚴重制約著電動汽車的續駛里程，且電池造價占到了整車成本的 65%[1]. 鋰空氣電池技術作為后鋰離子時代的一種新型電池技術，具有 5 200 W·h/kg 的超高能量密度 （ 考慮鋰片和 O2的質量） ,是鋰離子電池體系 （ 150 W·h/kg） 的數十倍，預計可驅動電動汽車行駛 500 km以上，接近汽油燃料汽車的行駛能力。 文獻[2]指出，鋰空氣電池的研究已獲日本 （ NEDO （ New en-ergy and industrial technology development organiza-tion） 和 Rising 項目） 、美國 （ DOE （ Department ofenergy） 和 EIH （ Energy innovation hub） 項目） 、中國 （ 科技部 973 項目） 政府的國家重點研究資助。

近年關于鋰空氣電池的研究報道越來越多，涉及電解液、空氣電極和催化劑等方面，涵蓋整個電池體系研究進展的更新速度也較快。

鋰空氣電池的超高比能量來自兩個方面： 一是鋰空氣電池的正極活性物質 （ O2） 直接從外界汲取而不存儲在電池中； 二是電池的負極材料金屬鋰擁有固體材料中的最高的比容量 （ 3. 862 A·h/g） 和最低的電極電勢 （ - 3. 04 V）[3]. 然而，鋰空氣電池還處于研究初期，要實現應用還面臨著重大挑戰，特別是電池組件材料的長壽命可循環充電性能仍有待提高。 本文針對近年來有機體系鋰空氣電池空氣電極上的反應機理、影響因素、正極材料及催化劑的研究進展作詳細介紹。

1 有機體系鋰空氣電池及反應機理

1996 年，Abraham 等[4]最先報道了有機體系的Li / LiPF6-聚丙烯腈 / O2的鋰空氣電池，該電池達到了 250 ~350 W·h/kg 的能量密度，遠高于現有的鋰離子電池。 2006 年，Ogasawara 等[5]建立了基于碳酸酯類電解液體系的鋰空氣電池，首次實現了 50次循環后，電池仍能保持 600 mA·h/g 的容量。 此后，鋰空氣電池的研究在國內外廣泛開展起來。 根據電解液的不同，鋰空氣電池可分為有機電解液型、水系電解液型、有機-水混合電解液型以及全固態電解質型 4 類。 有機電解液型鋰空氣電池結構相對簡單，理論上的能量密度最高，體系較為穩定，且由于無水環境包圍鋰片，電池的整體安全性較高，因而倍受關注。

有機電解液體系鋰空氣電池以金屬鋰作負極，多孔材料為正極 （ 如碳納米管和多孔金等） ,從空氣中汲取的 O2為正極活性物質，碳酸酯類、砜類、醚類或腈類等有機物搭配鋰鹽為鋰空氣電池電解液體系[6-7]. 目前研究中，乙二醇二甲醚 （ 1,2-dime-thoxyethane,DME）[8]、四乙二醇二甲醚（ tetraethyleneglycol dimethyl ether,TEGDME ）[9]和二甲基亞砜（ dimethyl sulfoxide,DMSO）[10]作為電池電解液的情況較多。 學界對于有機體系的氧化還原機制 （ oxy-gen reductive reaction / oxygen evolution reaction,ORR / OER） 有不同的見解[11-14],一般認為： ① 通過兩電子過程，O2在正極表面直接被還原，與 Li+結合生成 Li2O2[13]

2Li \ue5c6→2 （ Li++ e-） （ 1）Li++ e-+ O \ue5c6→2LiO2（ 2）Li++ e-+ LiO \ue5c6→2Li2O2（ 3）② 通過一電子過程 O2首先被還原成 O2-,與 Li+生成不穩定的中間產物 LiO2,然后再歧化得到Li2O2[15]Li \ue5c6→Li++ e-（ 4）O2+ e \ue5c6→-O2-（ 5）O2-+ Li \ue5c6→+LiO2（ 6）2LiO \ue5c6→2Li2O2+ O2（ 7）Cao 等[16]在 DMSO 電解液體系中采用電子順磁共振測試方法，以 5,5-二甲基吡咯啉-N-氧化物（ 5,5-dimethyl-1-pyrroline N-oxide ,DMPO） 為捕捉物，在放電過程中成功捕獲 O2-（ 在充電過程中未檢測到O2-） ,提出氧化還原機制為： 放電時，O2在空氣電極上被還原成 O2-,與 Li+結合生成 LiO2后再發生歧化反應得到 Li2O2; 在充電過程中，Li2O2直接被還原產生 O2,不形成任何中間體，同時釋放Li+. 放電過程中生成的 Li2O2導電性極差，不溶于有機電解液，而是停留在正極表面。 大量的 Li2O2會增大電極的阻抗，從而引起充電電壓增大，另一方面，大量的 Li2O2會嚴重堵塞空氣電極內部的孔道，甚至破壞電極的微觀結構，致使電池循環性能惡化，甚至放電終止[17].

2 影響空氣電極性能的因素

空氣電極用來提供鋰離子、電子和氧氣的三維傳輸通道和反應的活性位置，為放電產物 Li2O2提供儲存空間。 圖 1 簡要描述了鋰空氣電池的簡單結構及三相反應界面處電解液在電池正極的分布情況。 圖 1 （ a） 中負極鋰釋放的 Li+穿過隔膜與空氣中的 O2及外電路來的 e-在三相界面接觸，發生反應。 因此，具有多孔結構的空氣電極是決定電池性能的關鍵部件之一，而正極的比表面積、多孔情況以及被電解液濕潤的程度則是體現正極性能優劣的重要參數[18-19].空氣電極的比表面積是影響電池性能的重要因素之一，但并不是比表面積越大，電池性能越佳，反而電極孔體積、孔徑大小對電池性能的影響更大[20]. 孔體積大，就有足夠空間容納放電產物，延緩因放電產物堵塞導致的放電終止。 孔徑是選擇空氣電極材料的重要參數，孔徑太小，孔道易被放電產物充滿，不利于氧氣的傳輸，太大則會造成孔的浪費[21]. 由于放電產物不導電且存在不完全分解，當其附著在正極表面時，會導致多孔電極的有效孔徑減小、微孔被完全堵塞，產生厚 Li2O2膜，從而阻止電子的傳導過程，導致表面失效[22]. 因此，設計合理的多孔電極結構，對解決放電產物的存放問題，促進放電產物的分解，改善電池性能至關重要，如中空球形碳[23]、自支撐式[24]空氣電極的設計。 電解液對正極的濕潤情況如圖 1 （ b） -（ d） ,分為 3 種狀態： 完全淹沒、恰當濕潤和干枯。 完全淹沒可能賭塞微孔，不利于氧進入電極孔內發生反應； 干枯 （ 即基本不濕潤） 則會大大減小三相界面反應的有效面積； 因此，恰當的濕潤才能提供最大的三相反應界面，這對電極的反應至關重要[19].

另外，正極厚度對電池容量的影響也不可忽視。 Li 等[25]通過建立一個二維、非等溫的理想態模型并結合數學分析指出，當電極的厚度分別為 75、200、400、600 和 800 μm 時，對應的放電比容量在該模型設定下分別為 2 151、1 500、980、696 和526 mA·h / g,所以正極負載的碳材料厚度越大，電子和 O2等的傳輸阻力越大，導致放電容量越小，孔隙利用率越低。 除此之外，顆粒大小、涂膜方法、集流體材質以及催化劑等都對正極的電化學性能有影響[26-27].

因此，一個理想的空氣電極應具備： ① 高比表面積，以提供大的反應界面； ② 優化的孔道結構，以存放放電產物并確保氧氣及離子的快速運輸； ③ 電解液對正極的恰當潤濕，以利于三相界面反應； ④ 適中的厚度，以減小電子傳輸阻抗；⑤高活性的催化劑，以改善 ORR 和 OER 反應動力學過程。

3 正極基體材料

3. 1 碳多孔材料

3. 1. 1 傳統碳多孔材料經典的鋰空氣電池正極基體材料大都采用具有多孔結構的商品炭黑，如 Ketjin black （ KB） 、SuperP、Vulcan XC-72 等，其導電性好、比表面積大，利于電子的傳輸和界面反應。 Park 等[28]選用 KB（ EC600JD、EC300JD） 等 5 種碳材料分別用作鋰空氣電池的正極并進行性能比較，發現 KB EC600JD的放電比容量最大達 2 600 mA·h/g（ 0. 1 mA/cm2、1. 5 V 截止電壓） ,且文獻[28-29]研究表明，KB具有較大的孔體積和比表面積，比容量最高。 SuperP 雖然比表面積不大，僅有 62 m2/ g,但平均孔徑在 50 nm 左右，有利于放電產物的存放，按孔體積比容量計算 Super P 是 KB 的 7 倍[18]. 因此，將 KB和 Super P 按質量比為 5∶1混合，構建雙孔正極結構，電池的放電比容量在 30 mA/g、2. 0 V 下達到1 219 mA·h / g,高于單一使用 KB（ 1 005 mA·h / g）或 Super P（ 635 mA·h/g） 的電池[18]. 傳統碳材料雖然種類多樣，價格便宜，但在高于 3. 5 V 時不穩定，易與放電產物反應發生降解，且傳統碳的孔結構不足以滿足鋰空氣電池的性能要求，需進一步尋求更為合理的多孔碳。

3. 1. 2 新型碳多孔材料溶膠凝膠法和模板法是制備碳多孔材料最常用的方法，成本低廉且可控調節孔徑大小。 利用間苯二酚和甲醛按一定質量比在碳酸鈉的催化下混合，經固化、陳化、Ar 氣氛中碳化以及 600 ~ 1 200 ℃高溫下活化可制得碳氣凝膠，調整間苯二酚和甲醛的質量比以及不同的活化溫度可有效控制多孔碳材料的比表面積和孔徑分布[21,30-31]. 將碳氣凝膠用于鋰空氣電池可達到 4 155 mA·h/g 的比容量[32]. 本課題組在利用溶膠凝膠法制備碳氣凝膠材料并用以構筑具有雙孔結構的空氣電極上取得了一定的進展，提升氧氣傳輸速率的同時增大了放電產物的儲存空間，使得鋰空氣電池的循環性能與放電容量同時得到改善[31]. 模板法是通過模板的孔徑來控制目的產物的孔徑分布。 Nie 等[33]以兩種不同粒徑的SiO2膠體為硬模板合成雙孔多層結構的模板碳，獲得了10 059 mA·h/g 的高比容量。 溶膠凝膠法和模板法制備碳多孔材料的合成工藝簡單、成本不高，但由于影響因素太多 （ 前軀體的選擇，合成條件的控制等） ,很難制備得到一種理想狀態的多孔碳。

如何能確定一組最佳合成條件，且所得材料孔徑分布合理，將是鋰空氣電池正極材料的重點研究方向。

碳納米管 （ carbon nanotubes,CNTs） 和石墨烯（ graphene nanosheets,GNSs） 具有獨特的結構特征和良好的導電性，近年來也被廣泛用于鋰空氣電池的空氣電極，突出表現為電池容量的提升和循環的穩定性。 Chen 等[34]利用浮動催化法將多壁碳納米管互穿制備得到一種三維孔道結構的材料，并直接用于空氣電極，在雙三氟甲基磺酸亞胺鋰/三甘醇二甲醚 （ LiTFSA/G3） 的電解液體系、0. 5 A/g 的電流密度下，容量可達 34 600 mA·h/g,若限制在1 000 mA·h / g、0. 25 A / g,電池穩定循環 50 圈后基本沒有明顯的過電勢增加。 另外，近年采用 N 摻雜的 CNTs （ 即 N-CNTs） 或是在 CNTs 中添加催化劑作為空氣電極的研究較多。 N 原子的加入使得 N最外層電子與碳 π 鍵相結合，進而可修飾碳納米管結構，利于放電產物覆蓋在正極表面，有優化孔結構和提升電池容量的傾向[35-36],催化劑則可在CNTs 表面更好的發揮催化效應。 Lim 等[37]以 Pt 作催化劑制備 CNTs/Pt 電極，在 2 A/g 的條件下可循環 130 圈，有效地提高了電池的循環性能，即使是完全充放電測試也能循環 100 圈，是當前鋰空氣電池的一大突破。

GNSs 的每個碳原子均為 sp2雜化，p 軌道上的剩余電子可形成大 π 鍵，π 電子能自由移動，賦予GNSs 良好的導電性[38]. 理想的單層 GNSs 具有超大的比表面積（ 2 630 m2/ g）[39],可提供較大的反應場所，且其獨特的結構特征有利于氧氣的擴散，促進O2和 Li+在正極表面充分接觸。 文獻[40]的研究表明，在相同測試參數下，GNSs 電池體系的放電容量可達 8 705. 9 mA·h/g,而 BP-2000 和 XC-72 碳的放電比容量分別為 1 909. 1 和 1 053. 8 mA·h/g.

另外，GNSs 還有較好的催化作用。 圖 2 （ c） 和圖 2（ d） 中，Co3O4/ GNSs 為混合催化劑涂覆在碳基體上，GNSs 的片狀結構使得 Co3O4納米顆粒在碳基體上很好地鋪展開，提供更大面積的催化活性區域，而不像圖2 （ a） 和圖2 （ b） 中的單 Co3O4催化劑很容易板結分散不開。 在 0. 2 mA/cm2,2. 5 ~4. 4 V下，Co3O4/ GNSs 電池在循環 10 圈后，電池的比容量、電壓基本沒有發生變化，表現出較好的穩定性[41]. 因此，GNSs 確實具有一定的優越性，但和傳統碳材料相比，其成本較高。

碳材料種類很多，結構不一，各種性能參數及在電池上的表現差異較大。 表 1 列出了本節主要涉及的碳空氣電極材料的最高比容量，并簡要了描述其優缺點?！?】

3. 2 非碳多孔材料

碳多孔材料是目前鋰空氣電池應用最廣泛的正極材料。 然而，直到文獻[8]報道采用 LiNO3/ DME電解液體系消除充電過程中碳正極的鈍化之前，還沒有無 CO2釋放的鋰空氣電池（ 正極為碳） . Bruce團隊[42]在研究中發現，碳材料在充電電壓低于 3. 5V 時較穩定，而當電壓高于 3. 5 V 時，易被氧化生成 Li2CO3,并會促進電解液（ 如 TEGDME 和 DM-SO） 的分解，對 Li2O2形成或分解的可逆循環性造成障礙，嚴重影響電池的電化學性能。 所以，避開碳材料空氣電極，而采用非碳多孔空氣電極可減少副反應的發生。 Bruce 團隊先是選用納米多孔金（ nanoporous gold,NPG） ,較大的比表面積和合適的孔徑分布滿足鋰空氣電池空氣電極的要求。 以 NPG為正極，鋰片作負極，0. 1 mol/L LiClO4/ DMSO 為電解液構建電池體系，當電流密度為 500 mA/g,循環 100 圈后，電池剩余容量還有 95%[10]. 但NPG 較高的造價使電池的成本成倍增加，而且其質量較大，打破了鋰空氣電池輕便這一重要優勢。 因此，該團隊又以 TiC 替換 NPG 電極，在 0. 5 mol/L的 LiClO4/ DMSO 電解液體系，1 A / cm2的電流密度下循環 100 圈后，剩余容量仍達到 98%,表現出較好的穩定性和可行性[43]. 近期，Zhao 等[44]首次采用 TiO2納米管陣列覆蓋在 Ti 泡沫上，并以 Pt 作催化劑制備電極，無任何碳材料和黏結劑的添加。 得益于 TiO2在充放電過程中優良的穩定性，在 1 000mA·h / g、1 A / g 的條件下，電池循環了 140 圈，甚至在 5 A/g 的電流密度下，也成功實現了 150 次循環，值得人們關注。

到目前為止，關于非碳正極的研究還不廣泛，卻是一個很好的研究方向。 一方面，NPG、TiC 和TiO2等自身具有良好催化效應； 另一方面，能避免碳材料作為電極的缺陷。 若沒有好的方法解決碳正極的化學穩定性，非碳正極將會很快被廣泛采納。

4 正極催化劑

現階段，鋰空氣電池的充電電壓高，循環壽命短、效率低，阻礙其商業化生產。 催化劑可改善充放電電化學過程的動力學行為，提高放電電壓平臺，降低充電電壓平臺，延長電池壽命提升電池循環效率。 因此，國內外開展了眾多的研究，致力于設計和開發合理的、應用在鋰空氣電池的空氣電極上的催化劑。 其主要分類及進展如下。

4. 1 貴金屬類催化劑

貴金屬如 Au、Ag、Pt、Pd、Ir 和 Ru 等常用作鋰空氣電池的催化劑，其中，采用 Pt 和 Pd 作催化劑的電池有最小的過電勢，應用較為廣泛[45]. 文獻[46-47]的研究表明，貴金屬在有機電解液體系中可有效促進氧氣的電化學反應，且不同金屬對氧還原和氧析出的催化能力差別較大。 對于非水電解液中 Li+參與的氧還原反應，催化活性順序為 Pd > Pt> Ru≈Au > 玻碳，但由于 Pt 和 Pd 存在 d 軌道空穴，所以能夠最大程度地進行氧還原，有效提高電池的放電電壓。 Guo 等[48]采用具自組裝能力的蛋白質纖維為模板制備納米 Pt 和 Pd 作為正極催化劑，電池的放電平臺為 2. 4 ~2. 5 V,充電平臺僅為 3. 7~ 4. 0 V,比純碳正極電池的充電電壓低約 0. 7 V.Ru、Au 和 Ag 等或兩種貴金屬的合金催化劑，在電池正極上的應用也表現出良好的催化效應[49-51]. Lu等[50]采用 PtAu 納米合金作催化劑，電池在 OER 過程中，充電電壓降低最多有 900 mV,而在 ORR 過程中，放電電壓增大了 150 ~300 mV,效果明顯。

4. 2 金屬氧化物類催化劑

過渡金屬氧化物催化劑包括 MnO2、Fe2O3、Fe3O4、NiO、CuO 和 Co3O4等。 其中，得到廣泛研究的是 MnO2和 Co3O4,其來源廣，成本低，且對環境友好。 MnO2主要有（ α、β、γ 和 λ） -MnO2幾種型號，α-MnO2型對電池性能的提升最為優越。

Cao 等[52]在 GNSs 的基體上，得到以 α-MnO2為催化劑的電池，呈現出了 11 520 mA·h/g 的高比容量 （ 以 GNS 為基體計算） ,當控制比容量為 2 900mA·h / g 時，循環 25 圈后電壓一直保持平穩，沒有出現過電勢增加的現象。 同樣，在 GNSs 基體中，添加了 Co3O4的電池也表現出了良好的電化學性能[53]. Black 等[54]在 LiPF6/TEGDME 的電解液體系下，以生長在還原氧化石墨烯 （ reduced grapheneoxide,Co3O4/ RGO ） 上 的 Co3O4為混合催化劑，70% 的 KB 多孔碳為基底，構成空氣電池，與純 KB正極相比，Co3O4/ RGO 電池的充電平臺為 3. 5 ~3. 75 V,比 KB 降低了 0. 35 V,容量也增加了近2 500 mA·h / g,性能得到明顯改善。

4. 3 復合氧化物類催化劑

除單金屬氧化物外，由兩種或兩種以上金屬元素組成的鈣鈦礦型和燒綠石型復合氧化物也被用于空氣電極。 鈣鈦礦型催化劑具陽離子陣列的結構穩定性，可容納移動氧離子，且多空位，具有較高的電子/離子電導率和催化活性。 Xu 等[55]首次利用加熱靜電紡絲技術可控合成了多孔納米鈣鈦礦氧化物作為鋰空氣電池催化劑 （ 圖 3） ,這種多孔納米管狀結構不僅有利于增加催化劑的活性位點，同時也可以合理調控空氣電極的孔道結構，有利反應物的傳質。 由于該催化劑的添加，鋰空氣電池首次實現了比容量高于 10 000 mA·h/g 的可逆循環，當控制比容量為 1 000 mA·h/g 時，電池的循環壽命可達到 125 次。 近期，Kalubarme 等[56]制備了一系列的 LaNixCo1-xO3-δ型催化劑，其中，LaNi0. 25Co0. 75O3-δ以最大放電容量 7 720 mA·h/g 表現出優越的催化效應。 燒綠石結構的復合氧化物 （ A2B2O6O） 由 Oh等[57]成功合成，此結構氧化物表現出較高的比容量 （ >10 000 mA·h/g） 及較好的容量保持率： 循環3 次后，比容量依然能保持8 000 mA·h/g 以上，且其釋放氧的活性也有較大提高。貴金屬、過渡金屬氧化物及復合氧化物催化劑在鋰空氣電池的應用中各有利弊： 貴金屬催化效應好，價格昂貴； 過渡金屬氧化物雖成本低，但該類催化劑催化活性的穩定性能還無法與貴金屬相媲美，若能開發一種該類的催化劑，成功提升電池性能，并直接取代貴金屬催化劑，必將大大降低電池成本； 復合氧化物是一種新型催化劑，對電池性能有明顯改善，發展空間廣闊。 到目前為止，還沒有一種催化劑能完美匹配鋰空氣電池，因此，需要更深入的探索。

4. 4 其他催化劑

除上述催化劑外，聚合物、Li2O2和 N 修飾等也可用作催化劑提升電池電化學性能。

電池反應 2Li++ O2+ 2e 幑幐-Li2O2的理論電勢為 2. 96 V,而實際操作中電池的充、放電電壓平臺通常在 4. 3 V 和 2. 7 V 左右，過電勢現象較為嚴重，尤其是居高不下的充電電壓。 Eduard 等[58]利用聚合物聚（ 3,4-乙烯二氧噻吩） （ poly（ 3,4-ethylened-ioxythiophene） ,PEDOT） 作為中介物，制備 PEDOT /Super P / PTFE 電池正極。 在富氧環境中，PEDOT 具有穩定的電化學性質和高的電子導電率，且其氧化還原電位與鋰空氣電池反應電位相匹配，因此可降1[59]利用聚多巴胺與 CNTs 共溶制備聚多巴胺-CNTs 電極，并在 TEGDME 電解液體系中添加 LiI 作為輔助催化劑，利用聚多巴胺修飾CNTs 表面，將其由疏水性變為親水性，使電解液能更好的潤濕正極，增大三相反應界面。 LiI 較好地改善了 OER 和 ORR 的動力學過程，溶解在有機溶劑中，輔助充電過程電極表面 Li2O2的分解，有效降低電池的過電勢，并提高其能量效率[60]. 圖 4 為聚多巴胺對電解液濕潤電極表面的效應圖，附著在CNTs 表面上的聚多巴胺使 CNTs 表面易于被電解液潤濕，致使三相界面區反應面積增大。 采用 N 摻雜是修飾正極材料的常用手段，尤其是在碳納米管類電極上的應用[36,61]. Shui 等[62]以 N 修飾的珊瑚狀碳纖 維 （ vertically aligned nitrogen-doped coral-likecarbon nanofiber,VA-NCCF） 為空氣電極，首次報道了具超低過電勢鋰空氣電池，充放電電壓平臺僅有0. 3 V 之差，能量效率達 90% ,且在 1 000 mA·h / g下也達到了 150 次可逆循環 （ 圖 5） . 此外，本課題組在正極 KB 基體材料中添加 Li2O2,構建 Li2O2/KB-LiTFSI / 環丁砜電池體系，根據平衡反應原理促進逆反應過程進而改善 OER 動力學過程，實驗證明，20% Li2O2的摻雜量下電化學性能最佳，在1 000 mA·h / g 的比容量控制下循環了 800 圈，平均能量效率達 74. 74%[63].鋰空氣電池具有超高的理論比能量，其潛在開發價值高，應用前景廣闊。 用于電動車充電一次，可行駛500 km 以上。

近年，鋰空氣電池的研究取得了一定的成果，但要將鋰空氣電池用于人們實際生活尚面臨許多挑戰： 電化學性質穩定的電解液、合適的正極材料及修飾、有效催化劑的開發及優化空氣電極結構的設計等。 綜上所述，碳氣凝膠、模板碳可以調控碳材料微孔結構，且其制備工藝較為簡便，但合成技術尚不成熟，還需要進一步的深入探索。 碳納米管和石墨烯均具有獨特的微觀結構，在鋰空氣電池中表現了高比容量、高倍率、長壽命等優異的電池性能。 如果采用一種合適的催化劑對這些碳材料進行改性，將使鋰空氣電池有著更好的發展。 同時，空氣電極結構的優化可有效提升電池的電化學性能的穩定性及循環壽命。 因此，在構筑雙孔結構的基礎上，本課題組將進一步深入探索鋰空氣電池的電化學過程和機理，結合穩定電解液的發展，從催化劑、正極材料優選及結構優化等方面共同促進鋰空氣電池綜合性能的提升，以加快其實用化和商業化進程。

除空氣電極外，負極鋰也是影響鋰空氣電池高性能、長壽命發揮的一大問題。 雖然鋰本身有高比容量和低電極電勢，但其在反復的充放電過程中會形成不均勻沉積，引起樹枝樣的結晶，如果結晶穿過隔膜則會引起電池內部短路，存在嚴重的安全隱患，而且半開放的體系環境使負極表面發生副反應的幾率增加，導致庫倫效率較低[6,64]. 因此，采取某種手段使負極鋰表面形成一層保護膜或鈍化膜，從而抑制鋰枝晶的生長和副反應的發生，將是鋰空氣電池能夠從實驗研究進入實際應用的必要前提。

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