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Li-O₂電池（LOB）具有極具吸引力的理論能量密度，可作為下一代儲能系統的潛在候選者。然而，LOB中的緩慢氧還原/析氧反應（ORR/OER）動力學、可充電性差、過氧化物衍生副反應和鋰金屬腐蝕等難題限制了其實際應用。

在此，廈門大學孫世剛院士、喬羽教授及東莞松山湖材料實驗室王欣研究員等人使用微量聚2,2,2-甲基丙烯酸三氟乙酯聚合物（PTFEMA，0.02 wt%）作為有效的多功能電解液添加劑，以實現Li-O₂電池的穩定長期循環。DFT計算表明，以富電子C=O基團為特征的PTFEMA分子可自發均勻吸附在氣體擴散層（GDL）基底上。

經DFT計算和⁷Li核磁共振譜驗證，它能顯著吸引溶液中缺電子的Li⁺并在正極側形成均勻的Li⁺通量，充分激活GDL表面的活性位點，從而為Li₂O₂產物的成核和生長提供更多的附著位點。最終實現了GDL表面均勻分布的Li₂O₂沉積，同時提高了ORR容量。此外，隨著均勻的Li⁺通量，過氧化物物種在ORR過程中被PTFEMA分子準確錨定，從而促進過氧化物轉化和ORR反應動力學提高（ORR加速器）。

圖1. 使用/不使用PTFEMA的LOB的可充電性比較

此外，均勻的Li⁺通量促進了均勻分布的電場。在這種情況下，在PTFEMA存在的LOB中，Li₂O₂產物具有更小更薄的形態特征并在OER過程中容易電化學分解，有助于加速OER反應動力學（OER加速器），從而實現Li₂O₂的可逆形成和分解。在PTFEMA調節下，鋰金屬表面負極側均勻的Li⁺通量也導致了平坦的鋰沉積/電鍍，沒有明顯的枝晶生長。

同時，以PTFEMA分子為主的屏蔽層有效地阻止了有害污染物從正極側交叉，使得Li/Li對稱電池和LOB具有穩定的電化學循環性能。因此，使用PTFEMA可同時實現加速的ORR/OER動力學、促進的可充電性、抑制過氧化物衍生的副反應和良好保護的鋰金屬，從而顯著提高LOB的電化學性能。總之，這項研究為進一步開發帶有聚合物添加劑的LOB提供了啟示。

圖2. 帶有PTFEMA添加劑的LOB性能

Enhancing the Reaction Kinetics and Reversibility of Li-O₂ Batteries by Multifunctional Polymer Additive, Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202203089

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?孫世剛/喬羽/王欣AEM：多功能聚合物添加劑提高鋰氧電池的反應動力學和可逆性

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