可充电锂氧（Li-O₂）电池比锂离子电池具有更高的比能量密度，因此引起了更多关注。在非质子电解质溶液中，在放电过程中将O₂还原为Li₂O₂，并在随后的充电过程中将Li₂O₂分解为O₂。然而，Li-O₂电池仍然存在充电过电位高、实际放电容量低、电池死亡快等问题，严重阻碍了其发展。

近日，日本东北大学Shen Ye教授报道了基于控制Li-O₂电池还原电位的取代基修饰策略，开发了一系列基于蒽醌(AQ)的氧还原介质（ORRMs）。

文章要点

1）结果表明，在AQ基团中引入吸电子基团可以显著提高Li-O₂电池的放电容量，从而正向移动AQ衍生物的还原电位。通过在AQ部分引入两个硝基(NO₂)基团，在较高的放电电位下实现了约45倍的放电容量。

2）通过对一系列具有不同取代基的AQ衍生物的系统研究，定量地阐明了ORRMs放电容量与还原起始电位之间的相关性。ORRM还原起始电位的正移会显著降低电化学ORR在电极表面上的贡献，从而导致通过溶液路径的放电容量增加，并且放电电位平稳。

3）此外，来自氧气环境的水分子与ORRM对Li-O₂电池的放电容量表现出显着的协同作用。在低水含量的环境中使用基于AQ的ORRM进行放电时，放电容量会增加数十倍。通过控制漏水能力进一步提高了容量。

通过进一步改进取代基设计，如ORRMs的稳定性、介电电位和溶解性等，将对于如何开发高效的Li-O₂电池具有更深入的了解。

Xiang-Bin Han, et al, Structural Design of Oxygen Reduction Redox Mediators (ORRMs) based on Anthraquinone (AQ) for Li-O₂ Battery, ACS Catal., 2020

DOI: 10.1021/acscatal.0c01469

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.0c01469