与当前锂离子电池相比,锂氧电池理论能量密度极具优势,因而受到广泛关注。然而锂氧电池的实际应用还有众多问题需要解决,其中一个重要问题便是放电产物Li2O2,Li2O2电子电导率和离子电导率较低直接导致的锂氧电池ORR/OER动力学过程进行缓慢。因此,需要设计高效催化剂来促进ORR/OER动力学过程。此外,Li2O2易于与粘结剂及导电性发生副反应,绝缘Li202的沉积会降低催化剂活性,堵塞氧气传输空间,降低电池容量,因此,设计催化剂时还需对其微观形貌进行优化。锰基氧化物(诸如MnO2,Mn2O3和Mn3O4)对ORR/OER过程均有较好的电化学催化效果,为进一步提升其比容量和循环稳定性,我们开发了金属氧化物(或贵金属材料)与锰基氧化物复合而成的正极催化剂,具体研究内容如下:1.设计并合成了基于碳布基底的MnO2@NiCO2O4多级结构,将其作为无需使用粘结剂的锂氧电池正极催化剂。薄片状的MnO2包覆在NiCO2O4纳米线表面,相较于纯纳米线结构,这种结构可提供更多的反应活性位点和放电产物存储空间,同时NiCO2O4纳米线电导率较高可弥补MnO2电导率较低的缺陷,此外其还能避免粘结剂和导电剂的使用。测试结果表明,Mn02@NiCO2O4在锂氧电池中有较好的循环稳定性,在电流密度为400 mA g-1,限定比容量为500 mAhg-1的条件下可稳定循环168次,而在相同条件下单纯纳米线结构仅能稳定循环66次。2.设计并合成了无需使用粘结剂的Ir02/MnO2电极材料,其由嵌有IrO2纳米颗粒的二维薄片状MnO2组成。这种材料催化性能优秀,在高电流密度下能引导非晶态Li2O2均匀地依附材料表面生长,可有效促进ORR/OER动力学过程。在锂氧电池中进行测试,结果显示在200 mA g-1电流密度下,其放电比容量高达16370 mAh g-1,即使在1600 mA g-1的大电流密度下,其放电比容量仍有2315 mAhg1,此外,IrO2/MnO2在锂氧电池中的循环稳定性同样亮眼,在电流密度为1600 mAg-1,电压区间为2.2-4.3 V的条件下满充满放,可稳定循环312次。即便在更宽电压范围内(2-4.4 V)满充满放,其仍能循环247次。