开发高能量密度，低成本和安全的电池以促进技术创新和改变人类生活方式是现代社会的一个永恒课题。然而，目前流行的锂离子电池的能量密度正在接近其上限，因此需要提出和研究其他功率更大的电池系统来引导这场革命。锂空气电池因其高能量密度(3500 Wh/kg)而成为下一代电池的候选之一。在过去的20年中，来自世界各地的科学家合作见证了锂空气电池在电化学和材料工程领域的快速发展。尽管取得了这些进展，但锂空气电池的研究仍处于起步阶段，许多瓶颈问题，包括基础和应用方面的困难，都有待解决。对于电解质来说，它容易受到中间体（LiO₂，O^2-，¹O₂，O₂^2-）的侵蚀，并在高压下分解，伴随有会引起阴极钝化的副反应。对于锂阳极来说，水及其副产物会对其产生严重的腐蚀，因此迫切需要采取保护措施。作为一个集成系统，高性能锂空气电池的实现需要三个部件同时优化。

有鉴于此，中国科学院长春应用化学研究所张新波研究员等人，总结了过去十年来优化锂空气电池的进展，包括空气电化学和阳极优化。

本文要点

1）空气电化学涉及电解质，阴极和空气之间的相互作用，这是一个需要理解的复杂问题。在锂离子电池发展初期，由于使用不兼容的锂离子电池电解质，导致锂空气电池的发展出现了一些误解和困难，因此首先提出了寻找稳定电解质的问题。在找到适用于锂空气电池的电解质后，对锂空气电池反应机理的基础研究开始蓬勃发展，电池性能得到了很大的提高。

2）然后，介绍了空气电极工程以给出一般设计原理。讨论了碳基阴极和全金属阴极的例子。此外，为了了解空气组分对锂空气电池的影响，对N₂的电活性进行了测试，并刷新了CO₂在Li–O₂/CO₂中的作用。

3）在此之后，讨论了用于阳极优化的策略，包括构造人造膜，引入疏水性聚合物电解质，添加电解质添加剂以及设计合金阳极。最后，建议该领域的研究人员进行电池水平优化，并考虑其应用场景，以推动锂空气电池在不久的将来实现商业化。

参考文献：

Kai Chen et al. Lithium–Air Batteries: Air-Electrochemistry and Anode Stabilization. Acc. Chem. Res., 2021.

DOI: 10.1021/acs.accounts.0c00772

https://doi.org/10.1021/acs.accounts.0c00772