【引言】
非水溶剂Li-O2电池是基于电极表面锂-氧反应（2Li + O2 ↔ Li2O2，Eθ = 2.96 V vs. Li/Li+）的新型化学电源。其可逆电化学反应伴随固态过氧化锂（Li2O2）的形成与分解，对应氧正极上的ORR和OER过程。因此其充放电过电位主要与Li2O2的形成和分解过程有关。通常，ORR的过电位约为0.3 V，OER的过电位大于1.0 V。尽管之前有大量的研究表明，固态Li2O2较低的电导率、较慢的动力学、严重的粒子团聚以及复杂的副反应产物等都会导致产生高的过电位。但是目前尚未有关于和Li2O2结构演变相关的电化学反应过程与过电位之间关系的详细研究。此外，OER的充电机制也仍不明确。为了解决上述问题，本文采用Pt修饰策略来调整氧正极结构，以优化电极的电催化和电输运性能。通过采用表面溅射包覆和本体体相掺杂两种不同的改性方法，显著降低了Li-O2电池的充放电过电位。另外，利用电池原位表征结合理论计算探究了电化学反应过程中Li2O2的生长与分解机制，揭示了过电位与Li2O2结构转化之间的联系。
【成果简介】
近日，美国阿贡国家实验室的陆俊、Cong Liu 和Khalil Amine（共同通讯作者）等研究学者，通过对正极结构的修饰改性显著降低了Li-O2电池的过电位（0.4V）。他们通过体相掺杂成功在氮掺杂钴@石墨烯异质结构中引入了高度均匀的Pt和Pt3Co纳米组分。该结构设计能同时提高电极的电催化与电输运性能，因此电池表现出了良好的电化学性能。本文同时揭示了不同的过电位是由Li2O2的不同结构演变引起的，这在很大程度上取决于Pt的改性方式。这种依赖性主要归因于Pt纳米组分及其分散性对Li2O2的形成与分解机理的影响。密度泛函理论计算提供了Pt和Pt3Co对电池过电位降低的促进作用的机制见解。最后，本文总结了电池过电位与电化学反应动力学之间的内在联系。相关成果以“Insights into Structural Evolution of Lithium Peroxides with Reduced Charge Overpotential in Li−O2 System”为题发表在Advance Energy Materials上。
