毛秉伟/谷宇JACS：形态决定Li2O2分解高效反应点的机制

在追求高可逆的锂氧（Li-O₂）电池的过程中，控制反应位点以保持O₂和Li₂O₂在正极侧的稳定转化是非常必要的。然而，在充电过程中涉及反应点的机制仍然难以捉摸，这反过来又对识别过电位的来源提出了挑战。

图1. 原位AFM监测Li₂O₂沉积物的形成过程

厦门大学毛秉伟、谷宇等通过原位原子力显微镜（AFM）和电化学阻抗光谱（EIS）的联合研究，提出了Li₂O₂分解的高效反应位点的普遍形态决定的机制。

研究发现，不同形态的Li₂O₂沉积物具有相似的局部电导率，远高于体相Li₂O₂的报告，这使得反应位点不仅在电极/Li₂O₂/电解质界面，而且在Li₂O₂/电解质界面。然而，虽然传质过程在前者得到了加强，但后者的电荷传输阻力与表面结构以及Li₂O₂沉积物的反应性敏感相关。

图2. 原位AFM监测盘状和膜状Li₂O₂沉积物的分解过程

因此，对于紧凑的盘状沉积物，电极/Li₂O₂/电解质界面作为主要的分解点，会导致Li₂O₂的过早离开和可逆性的丧失；相反，对于多孔的花状和膜状Li₂O₂沉积物，具有更大的表面积和更丰富的表面活性结构，两个界面都能有效地分解，而不会出现沉积物的过早离开，因此过电位主要来自缓慢的氧化动力学，分解是更可逆的。该工作为理解充电过程中反应点的机制提供了有指导意义的见解，这为设计可逆的Li-O₂电池提供了指导。

图3. 电导率和电荷传输电阻的测量

Morphology-Dictated Mechanism of Efficient Reaction Sites for Li2O2 Decomposition. Journal of the American Chemical Society 2023. DOI: 10.1021/jacs.2c12267

毛秉伟/谷宇JACS：形态决定Li2O2分解高效反应点的机制

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