光輔助鋰-氧氣電池的研究進(jìn)展與展望①

華君逸，孫迎輝，趙 亮

(蘇州大學(xué)能源學(xué)院，江蘇 蘇州 215006)

1 引言

非質(zhì)子鋰-氧氣電池(LOBs)具有超高的理論能量密度(3 600 Wh·kg-1)，有望成為新一代儲(chǔ)能設(shè)備。它的工作原理是：放電時(shí)，氧氣(O2)在多孔正極中被還原，并與電解液中的鋰離子相結(jié)合，生成放電產(chǎn)物過氧化鋰(Li2O2)；充電時(shí)，則是放電產(chǎn)物L(fēng)i2O2可逆分解。充/放電過程的總反應(yīng)為2Li+O2→Li2O2，理論平衡電壓為2.96 V[1-4]。然而，其商業(yè)化應(yīng)用仍面臨著諸多挑戰(zhàn)，其中最顯著的問題是氧氣正極氧還原(oxygen reductive reaction，ORR)和氧析出(oxygen evolution reaction，OER)反應(yīng)過慢，這導(dǎo)致了充放電過電位高、能量效率低、功率密度低等問題，嚴(yán)重阻礙了其發(fā)展。因此，調(diào)節(jié)正極反應(yīng)機(jī)理對(duì)于開發(fā)高性能的LOBs極為重要[1,5,6]。

研究發(fā)現(xiàn)，將光場(chǎng)、磁場(chǎng)、電場(chǎng)、熱場(chǎng)等外場(chǎng)引入到電化學(xué)反應(yīng)體系中，能夠有效地改善電極的電化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)[7-12]。值得注意的是，將光引入LOBs中，光激發(fā)半導(dǎo)體產(chǎn)生的光電子和空穴可提升正極的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，降低電池充/放電過程的極化現(xiàn)象，是近些年研究的熱點(diǎn)之一。此外，利用綠色可再生太陽(yáng)能構(gòu)建光輔助的LOBs，可以直接實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能-電能的轉(zhuǎn)換/儲(chǔ)存，對(duì)實(shí)現(xiàn)碳中和、可持續(xù)發(fā)展是有重要促進(jìn)作用的。

基于此，本文介紹了近些年一些典型光場(chǎng)輔助LOBs正極材料及放電產(chǎn)物等方面的研究進(jìn)展，同時(shí)針對(duì)現(xiàn)階段研究中存在的問題與發(fā)展思路提出了展望，希望能夠促進(jìn)該領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究工作，為實(shí)現(xiàn)LOBs在儲(chǔ)能領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用提供基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。

2 反應(yīng)機(jī)理

光輔助鋰-氧電池的反應(yīng)機(jī)理如圖1所示，在光照下，半導(dǎo)體正極受激發(fā)產(chǎn)生電子和空穴，電子會(huì)躍遷到半導(dǎo)體的導(dǎo)帶(conduction band，CB)，空穴則會(huì)留在價(jià)帶(valence band，VB)中。放電時(shí)，導(dǎo)帶中的光電子傳遞給O2，先將其還原成O2-，隨后與電解液中的Li+結(jié)合生成LiO2，LiO2經(jīng)過第二次電子還原最終轉(zhuǎn)變?yōu)長(zhǎng)i2O2；充電時(shí)，通常只需要施加一個(gè)較小的電壓就可以驅(qū)動(dòng)價(jià)帶中具有強(qiáng)氧化性的空穴，將Li2O2轉(zhuǎn)變成O2和Li+，與此同時(shí)，導(dǎo)帶中的電子經(jīng)電路流到負(fù)極，將Li+進(jìn)一步轉(zhuǎn)變?yōu)長(zhǎng)i，促進(jìn)電池可逆反應(yīng)的進(jìn)行[13]。

圖1 光輔助LOBs在充/放電過程中(a)反應(yīng)過程和(b)反應(yīng)機(jī)理示意圖[13]Fig.1 (a) Reactions in discharge and charge processes;(b) Photo-assisted discharging/charging mechanisms in Li-O2 battery[13].

光照下，LOBs的放電電壓等于半導(dǎo)體正極價(jià)帶和放電產(chǎn)物的氧化還原電位間的電位差，高于無(wú)光照時(shí)的平衡電壓。放電電壓等于半導(dǎo)體正極導(dǎo)帶與放電產(chǎn)物的氧化還原電位間的電位差。由此可見，光激發(fā)半導(dǎo)體產(chǎn)生的光電子和空穴改變了原有的反應(yīng)路徑，在不影響最終充放電產(chǎn)物的情況下，極大地提升了正極的電化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。在光照輔助下，鋰氧氣電池呈現(xiàn)出較高的放電電壓和較低的充電電壓，具有較高的能量轉(zhuǎn)換效率和能量密度。

3 光輔助正極

3.1 光半導(dǎo)體材料

半導(dǎo)體材料的種類和數(shù)量很多，但是并非所有的半導(dǎo)體都可以用于光輔助LOBs中，研究發(fā)現(xiàn)，合適的光半導(dǎo)體正極材料應(yīng)滿足以下幾點(diǎn)：

(1)具有良好的ORR和OER電催化活性，即光半導(dǎo)體材料應(yīng)具有電催化特性；

(2) 合適的CB和VB位置，即O2/Li2O2氧化還原的理論平衡電勢(shì)應(yīng)介于材料的CB和VB之間，這樣有利于光電化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行；

(3) 優(yōu)異的光吸收特性，即材料的帶隙要小，對(duì)太陽(yáng)能的利用效率高；

(4) 材料的自身穩(wěn)定性要好，特別是對(duì)高活性氧和光生載流子的耐久性強(qiáng)。

Wu課題組[14]最早將染料敏化太陽(yáng)能電池與LOBs結(jié)合在一起，構(gòu)筑了一種三電極電池體系。其中，電池以N719染料敏化的TiO2作為光電極，并在電解液中添加I-/I3-作為氧化還原介對(duì)。在無(wú)光照充電時(shí)，電解液中的I3-可以促進(jìn)Li2O2轉(zhuǎn)變成O2、I-和Li+，改善電池極化過高的問題，將充電電壓降低至3.5 V(vs. 4.0 V無(wú)I-/I3-)。而在有光照充電時(shí)，N719染料激發(fā)至TiO2導(dǎo)帶中的光電子可加速Li+還原成Li；與此同時(shí)，價(jià)帶中的空穴可誘導(dǎo)I-轉(zhuǎn)變?yōu)镮3-，加速了I-/I3-之間的快速轉(zhuǎn)變。在光照與氧化還原介對(duì)的協(xié)同作用下，充電電壓進(jìn)一步降低至2.83 V(電流密度0.032 mA·cm-2)，與TiO2的導(dǎo)帶位置相近。然而，N719染料分子在強(qiáng)氧化性環(huán)境下易分解，這會(huì)使光陽(yáng)極發(fā)生腐蝕，進(jìn)而影響到電池的循環(huán)穩(wěn)定性。此外，三電極體系較為復(fù)雜也限制了其規(guī)模化推廣。Wang等人[15]報(bào)道了一種兩電極電池結(jié)構(gòu)，他們?cè)谔疾忌显簧L(zhǎng)了具有缺陷結(jié)構(gòu)的TiO2納米棒，并用作LOBs的光電極和空氣電極，可以直接采用常規(guī)LOBs結(jié)構(gòu)，即便電解液中沒有添加氧化還原介對(duì)，光照下的充電電壓依然有2.86 V。他們發(fā)現(xiàn)TiO2納米棒中的缺陷結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的氧空位可進(jìn)一步提升材料的OER和ORR性能，不僅實(shí)現(xiàn)了近100%的能量轉(zhuǎn)換效率，而且將循環(huán)次數(shù)提升至30圈無(wú)明顯衰減，倍率性能也有所改善。

然而，TiO2的帶隙(3.2 eV)較寬，只能吸收波長(zhǎng)小于390 nm的紫外光(僅占太陽(yáng)光譜的4%)，太陽(yáng)能利用效率較低。周豪慎課題組[16]采用了類石墨相的碳化氮(g-C3N4)作為光輔助正極材料，相比之下，g-C3N4的帶隙僅有2.7 eV，不僅增加了可見光響應(yīng)，而且g-C3N4的導(dǎo)帶位置也更低(1.7 V vs. Li+/Li)。在光照下，充電電壓僅有1.9 V，甚至低于放電電壓(～2.7 V)，能量轉(zhuǎn)換效率高達(dá)142%，真正實(shí)現(xiàn)了從太陽(yáng)能向電能的轉(zhuǎn)換和儲(chǔ)存。李福軍課題組[17]在碳紙上原位生長(zhǎng)了以Co2+為金屬節(jié)點(diǎn)和四氨基-苯醌(TABQ)為有機(jī)配體的半導(dǎo)體金屬有機(jī)聚合物Co-TABQ納米片，并將其用作光電雙功能催化劑。Co-TABQ的帶隙為2.2 eV，可見光吸收響應(yīng)范圍更大。在放電時(shí)，O2先是吸附到Co原子上，其π2p*軌道能夠接受因光照激發(fā)的Co原子dz2和dxz軌道的電子，從而促使LiO2中間體的形成，并進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為L(zhǎng)i2O2；在充電時(shí)，在外加電壓的作用下Co原子dz2軌道上產(chǎn)生的空穴又可促使Li2O2快速分解為O2和Li+。在電流密度為0.10 mA·cm-2時(shí)，光照下的充、放電電壓分別為3.22 V和3.12 V，能量轉(zhuǎn)換效率可達(dá)94.0%。Co-TABQ具有很好的循環(huán)性能，在在電流密度為0.30 mA·cm-2下，經(jīng)過50圈循環(huán)后，光照條件下充放電過電位的增加緩慢，性能明顯優(yōu)于無(wú)光照的情形，如圖2所示。

圖2 以半導(dǎo)體金屬有機(jī)聚合物Co-TABQ納米片構(gòu)筑光輔助LOBs的電化學(xué)性能。(a)Li-O2電池在有光照和無(wú)光照情況下的放電和充電曲線；(b)Li-O2電池的放電/充電行與光照開/關(guān)響應(yīng)關(guān)系；(c)在有和沒有光照情況下，不同電流下的放電/充電曲線；(d)有和沒有光照下的循環(huán)性能[17]Fig.2 Electrochemical performance.(a) Discharge and chargeprofiles of the Li-O2 battery with and without illumination；(b)Discharge/charge behaviors of the Li-O2 battery responding to intermittent light on/off；(c) Discharge/charge curves at varied currents with and without illumination；(d) Cycle performance with and without illumination[17].

近些年，ZnS、BiVO4、CeVO4、WO3、α-Fe2O3、CsPbBr3、硅氧烯等材料相繼被報(bào)道成功應(yīng)用于光輔助的LOBs中[18-23]，均表現(xiàn)出優(yōu)異的光電化學(xué)性能，如表1所示。然而，這些材料存在著光腐蝕、電荷分離和轉(zhuǎn)移效率低下、光吸收不足等問題，致使光電子、空穴很難與電化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)相匹配，表現(xiàn)為電池的循環(huán)穩(wěn)定性不理想。因此，設(shè)計(jì)可見光吸收且長(zhǎng)載流子壽命的半導(dǎo)體催化劑對(duì)光輔助LOBs至關(guān)重要。

3.2 構(gòu)筑異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)

將兩種半導(dǎo)體材料構(gòu)筑成異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，例如PN(或NN)結(jié)，Type I/II型異質(zhì)結(jié)、Z-/S-Scheme異質(zhì)結(jié)和肖特基結(jié)等，不僅可以克服單一材料的固有缺點(diǎn)，還可以提高電荷分離效率，抑制電荷二次復(fù)合，加速表面反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，是改善光催化或光電轉(zhuǎn)換性能的有效手段。

徐吉靜課題組[24]設(shè)計(jì)了一種具有分層結(jié)構(gòu)的TiO2-Fe2O3NN型異質(zhì)結(jié)作為鋰氧氣電池的光陽(yáng)極。由TiO2和Fe2O3兩種n型半導(dǎo)體形成的異質(zhì)結(jié)，具有很高的電子供體密度，兩者界面處形成的內(nèi)建電場(chǎng)能夠促進(jìn)電子-空穴對(duì)的分離；此外，異質(zhì)結(jié)構(gòu)的帶隙僅有1.86 eV，表現(xiàn)出很強(qiáng)的光吸收能力，以實(shí)現(xiàn)了0.19 V的超低過電位；此外，在光照下，陰極表面的致密電子可以改變放電產(chǎn)物(Li2O2)的形貌，從而促進(jìn)了Li2O2在充電過程中的分解動(dòng)力學(xué)。類似的，Xue等人[25]報(bào)道了一種g-C3N4修飾的WO3納米線陣列(WO3@g-C3N4)異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體用作光電極和氧氣電極。放電產(chǎn)物(Li2O2)在較低的充電電壓(3.69 V)下，被大量的光激發(fā)空穴氧化為O2和Li+，相比于單一材料，采用異質(zhì)結(jié)構(gòu)的電池表現(xiàn)出更好的能量效率、循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。Zhu等人[12]設(shè)計(jì)并構(gòu)筑了一種S型Fe2O3/C3N4異質(zhì)結(jié)，異質(zhì)結(jié)中的內(nèi)電場(chǎng)以及界面處形成的Fe-N鍵，有利于光生電子-空穴對(duì)的分離和定向遷移，使得C3N4上的光電子和Fe2O3上的空穴具有很強(qiáng)的氧化還原能力，進(jìn)而顯著提升正極反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，極大降低充放電過程的過電壓，在光照下放電電壓和充電電壓分別為3.13 V(高于無(wú)光時(shí)的理論平衡電位2.96 V)和3.19 V，并具有優(yōu)異的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性。

此外，還有研究報(bào)道了g-C3N4/CoSe2、TiN/TiO2、CdSe/ZnS、NiOOH/α-Fe2O3等異質(zhì)結(jié)構(gòu)[26-29]，并成功應(yīng)用于光輔助的LOBs中，這些結(jié)構(gòu)對(duì)于提高電荷分離和轉(zhuǎn)移效率、增強(qiáng)光吸收等都有顯著的作用。

3.3 局域表面等離激元

將具有局域表面等離子體共振(localized surface plasmon resonance，LSPR)效應(yīng)的金和銀納米材料引入正極材料中，不僅可以提升太陽(yáng)能利用效率，還可以誘導(dǎo)超熱電子和空穴轉(zhuǎn)移、電磁場(chǎng)增強(qiáng)、晶格加熱等，促進(jìn)電催化反應(yīng)。對(duì)于光輔助的LOBs來說，要實(shí)現(xiàn)將共振能量的轉(zhuǎn)移至電池中來，在選擇光陽(yáng)極材料時(shí)，等離子體場(chǎng)需要與與反應(yīng)物的HOMO-LUMO間隙的能量發(fā)生重疊，即O2/Li2O2的平衡電位應(yīng)介于等離子體場(chǎng)熱電子和空穴的電勢(shì)之間。

Zheng等人[30]采用了銀納米顆粒(Ag NPs)作為L(zhǎng)OBs的雙功能催化劑進(jìn)行了研究，Ag的費(fèi)米能級(jí)(Ef)為2.8 V(vs. Li/Li+)，在光照下，Ef附近的熱電子激發(fā)至O2的π2p*軌道上，產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化性的空穴，加速Li2O2的分解。此外，等離子體效應(yīng)同時(shí)引發(fā)了等離子體熱效應(yīng)，能夠提升Ag NPs附近的溫度，有效降低反應(yīng)能壘，增加Li+的遷移，在等離子體效應(yīng)和電子效應(yīng)的協(xié)同作用下，放電和充電電壓分別為3.217 4 V和3.248 7 V，能量轉(zhuǎn)換效率高達(dá)99%。Zhang等人[31]采用了銀納米粒子修飾的二氧化鈦納米管陣列作為催化劑，他們發(fā)現(xiàn)光照不僅可以激發(fā)二氧化鈦產(chǎn)生高能光電子-空穴對(duì)，降低反應(yīng)勢(shì)壘，而且在銀納米粒子周圍可以產(chǎn)生誘導(dǎo)增強(qiáng)的電場(chǎng)，在二者的協(xié)同作用下使得光生載流子能夠有效地分離和轉(zhuǎn)移。類似的，諸如Ag@Bi2MoO6、Ag@La0.6SrFe0.9Mn0.1O3等材料相繼被報(bào)道，證實(shí)了Ag顆粒產(chǎn)生的表面等離激元效應(yīng)可以提升光輔助LOBs光化學(xué)性能[32,33]。Tong等人[34]將TiO2納米管陣列和金納米顆粒進(jìn)行復(fù)合，Au NPs在放電時(shí)可促進(jìn)Li2O2的形成，而在充電時(shí)，TiO2納米管陣列激發(fā)出的空穴可以有效的分解放電產(chǎn)物L(fēng)i2O2和Li2CO3，將過電勢(shì)降低至Li2O2的平衡電勢(shì)附近，復(fù)合結(jié)構(gòu)展現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性，在經(jīng)過200個(gè)循環(huán)后庫(kù)侖效率仍為100%。李福軍課題組[35]在含有氮缺陷的氮化碳上負(fù)載金納米顆粒，制備出金/氮化碳異質(zhì)結(jié)，利用金納米顆粒的等離激元增強(qiáng)效應(yīng)能夠增強(qiáng)可見光的吸收，異質(zhì)結(jié)界面處的空間電荷層可延長(zhǎng)光生電子和空穴壽命，氮化碳的氮缺陷利于吸附并活化氧氣，使光生電子能夠高效地注入氧氣分子的反鍵軌道上，提升氧氣還原反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，促進(jìn)放電產(chǎn)物L(fēng)i2O2的生成；充電時(shí)，空穴在外加電壓驅(qū)動(dòng)下又可以高效地氧化Li2O2，釋放出O2。在光照下，電池的充放電電壓分別為3.26 V和3.16 V，同時(shí)也具有優(yōu)異的電池倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性，如圖4所示。

圖3 構(gòu)筑異質(zhì)結(jié)構(gòu)用于光輔助的LOBs的反應(yīng)機(jī)制與電化學(xué)性能(a)具有分層結(jié)構(gòu)的NN型TiO2-Fe2O3異質(zhì)結(jié)[24]；(b)S型Fe2O3/C3N4異質(zhì)結(jié)[12]Fig.3 Reaction mechanism and electrochemical performance of constructing heterostructures for photo-assisted Li-O2 batteries(a) NN-type TiO2-Fe2O3 heterojunction[24];(b) S-type Fe2O3/C3N4 heterojunction[12].

圖4 金/氮化碳異質(zhì)結(jié)的局域表面等離激元效應(yīng)及其參與的LOBs反應(yīng)過程與電化學(xué)性能[35]Fig.4 Localized surface plasmon effect of gold/carbon nitride heterojunction and its participation in the reaction process and electrochemical performance of lithium-oxygen battery[35].

4 光輔助放電產(chǎn)物

LOBs放電過程中，放電產(chǎn)物的形貌受體系中電解液性質(zhì)、電極表面特性、電極電位等諸多因素影響而有所差異，目前認(rèn)為放電產(chǎn)物的形成存在表面反應(yīng)和溶液反應(yīng)兩種機(jī)制[36]。在表面反應(yīng)機(jī)制中，O2在電極(和催化劑)表面先被還原成超氧化物(O2-)，然后生成薄膜狀Li2O2，而在溶液反應(yīng)機(jī)制中則形成成算珠狀Li2O2。由于Li2O2的電子電導(dǎo)率和離子電導(dǎo)率都很低，因此，它的形貌對(duì)于后續(xù)的反應(yīng)進(jìn)行極為重要。

徐吉靜課題組[24]發(fā)現(xiàn)光照的引入可以促使Li2O2由算珠狀轉(zhuǎn)變?yōu)楸∧?。在沒有光照的情況下，放電產(chǎn)物呈算珠狀，尺寸約幾百納米，并且很容易將電極表面覆蓋，阻止了電解液與活性位點(diǎn)之間的接觸，甚至破壞電極的結(jié)構(gòu)，限制了電化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行；而引入光照后，放電產(chǎn)物則轉(zhuǎn)變成了薄膜狀，均勻地分布在電極表面，大大降低了對(duì)電極上的活性位點(diǎn)的影響。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，光照下正極表面上堆積了致密的電子，這加速了中間產(chǎn)物超氧化鋰(LiO2)的形成，并使其迅速通過歧化或還原直接轉(zhuǎn)變成Li2O2。放電產(chǎn)物形貌的改變不僅利于ORR過程中氧氣，Li+和電子的傳輸，而且還可以降低了OER過程產(chǎn)物分解動(dòng)力勢(shì)能。類似的，Li等人[20]通過原位實(shí)驗(yàn)測(cè)量和理論計(jì)算也證實(shí)了，光輔助ORR過程中優(yōu)越的電催化行為，是因?yàn)楣庹障鲁趸镂锓N能夠高效、直接地轉(zhuǎn)化為L(zhǎng)i2O2。傳統(tǒng)的貴金屬催化劑的催化選擇性較差，雖然能夠提升ORR性能，但是也會(huì)攻擊電解質(zhì)，產(chǎn)生不良的副產(chǎn)物。然而，對(duì)于金屬顆粒構(gòu)筑的光催化劑體系，光照時(shí)利用金屬粒子的等離子體效應(yīng)，使得其表面的熱電子優(yōu)先轉(zhuǎn)移到O2的π2p*軌道上，進(jìn)而選擇性地分解放電產(chǎn)物，從而降低電解液發(fā)生分解的風(fēng)險(xiǎn)，減少了副產(chǎn)物的生成。

圖5 (a)采用TF/CC陰極的LOBs在有/無(wú)光照下放電產(chǎn)物的SEM圖像和放電產(chǎn)物形成機(jī)理圖[24]；(b)一種結(jié)合了光輔助的混合充電模式能夠有效地清除放電副產(chǎn)物[37]Fig.5 (a) The SEM images and schematic illustration of the discharge mechanism for the TF/CC cathodes after being discharged without and with illumination[24];(b) Schematic for the newly designed hybrid charging strategy,integrated by a typical charging process upon low overpotential stage and a subsequent photo-assisted Li2O2-scavenged charging process[37].

雖然，光照的引入可將放電產(chǎn)物過氧化鋰的分解電壓極大的降低，提升了電池的能量效率。然而，強(qiáng)氧化性的光電子和空穴在促進(jìn)電化學(xué)反應(yīng)的過程同時(shí)也會(huì)分解電池的其他組成部分，如電解液、電極材料等。周豪慎團(tuán)隊(duì)[37]發(fā)現(xiàn)將超高濃度醚類電解液用于光輔助LOBs中，能夠有效的抑制充電時(shí)強(qiáng)氧化性電子-空穴對(duì)電解液的進(jìn)攻。他們提出了一種混合的充電模式，即先采用非光照模式進(jìn)行充放電，當(dāng)多次循環(huán)后，過氧化鋰和副產(chǎn)物累積過多時(shí)，再引入光照進(jìn)行充放電，這樣不僅能夠有效的分解放電產(chǎn)物，清理電極，同時(shí)還可以降低光照對(duì)電解液產(chǎn)生的負(fù)面影響，進(jìn)而提升電池的循環(huán)壽命。

5 結(jié)論與展望

對(duì)于光輔助LOBs來說，電子-空穴對(duì)在半導(dǎo)體內(nèi)部和界面的復(fù)合是限制光電轉(zhuǎn)換和光催化反應(yīng)效率的關(guān)鍵因素，目前解決這一問題的主要策略集中在使用電子或空穴轉(zhuǎn)移試劑，將不同半導(dǎo)體材料的界面復(fù)合以及制備Pt、Ag、Au等金屬納米顆粒在半導(dǎo)體材料表面負(fù)載的異質(zhì)結(jié)構(gòu)。這些材料和結(jié)構(gòu)的引入，已被證實(shí)對(duì)于提升鋰氧氣電池電化學(xué)性能，降低電極極化有著明顯的作用。

然而，光輔助LOBs的正極、電解液和鋰負(fù)極中存在諸多的問題與挑戰(zhàn)。例如，半導(dǎo)體在光照條件下會(huì)產(chǎn)生單線態(tài)氧(1O2)，以及其他活性氧，這會(huì)誘導(dǎo)電解質(zhì)溶劑降解。光催化劑和電極材料的穩(wěn)定性研究也十分重要，這兩種材料在長(zhǎng)時(shí)間光照下的穩(wěn)定性如何，光催化劑和電解液在光照下是否存在協(xié)同效應(yīng)，這些都是影響LOBs循環(huán)穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素，遺憾的是，目前對(duì)LOBs的1O2生成和光腐蝕的研究非常有限。此外，現(xiàn)階段的研究主要集中的正極方面，對(duì)于光照下金屬鋰表面是否會(huì)發(fā)生由電解液分解帶來的各種寄生反應(yīng)同樣值得學(xué)者關(guān)注。對(duì)于鋰負(fù)極來說，在各種活性氧物種存在的情況下，鋰枝晶可能更容易產(chǎn)生，并引發(fā)安全問題。因此，高性能的光誘導(dǎo)Li-O2電池將高度依賴于半導(dǎo)體正極、電解質(zhì)和鋰負(fù)極的優(yōu)化，以及它們之間的兼容性。目前來看，光誘導(dǎo)Li-O2電池的進(jìn)一步發(fā)展將集中在提高速率性能和循環(huán)穩(wěn)定性，以及理解反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方面。這將依賴于不同學(xué)科背景研究人員之間的通力合作，有望在未來的應(yīng)用中克服光致電池的關(guān)鍵科學(xué)和技術(shù)難題。

華君逸,2002年生,本科生,就讀于蘇州大學(xué)能源學(xué)院 新能源材料與器件專業(yè),主要從事金屬空氣電池等方面的研究工作。 趙亮,1987年生,高級(jí)實(shí)驗(yàn)師/博士,畢業(yè)于蘇州大學(xué),主要從事鋰離子電池及其相關(guān)材料方面的研究工作。