胡安俊，龍劍平，舒朝著

(成都理工大學(xué) 材料與化學(xué)化工學(xué)院，成都 610059)

由于不可再生的化石燃料的過度消耗和日益嚴(yán)重的全球變暖，大力發(fā)展綠色和可持續(xù)能源(如風(fēng)能、太陽能、潮汐能等)具有重要意義[1-5]。二次電池是一種有希望的電化學(xué)儲(chǔ)存系統(tǒng)，其可通過可逆的電化學(xué)氧化還原反應(yīng)直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能[6-8]。其中，鋰離子電池(lithium-ion batteries, LIBs)是目前最受歡迎和最高效的儲(chǔ)能系統(tǒng)，幾乎實(shí)現(xiàn)了其潛在的最大性能(即能量密度250Wh·kg-1)[9-11]，然而低的能量密度限制了其在需要高能量電池系統(tǒng)的廣泛使用，如電池供電的電動(dòng)汽車(electric vehicles, EVs)。在正在開發(fā)的各種電池系統(tǒng)中，鋰-空氣電池(lithium-air battery, LABs)的最高理論能量密度約為3608Wh·kg-1(基于可逆反應(yīng)2Li+O2?Li2O2,E°=2.96V)[12]，被認(rèn)為是最有希望的下一代電池技術(shù)之一。

盡管LABs具有廣闊的發(fā)展前景，但許多科學(xué)技術(shù)限制阻礙了其進(jìn)一步的發(fā)展，包括低的能量效率、差的倍率性能以及差的循環(huán)穩(wěn)定性等技術(shù)挑戰(zhàn)[13-14]。通常這些挑戰(zhàn)與LABs的基本化學(xué)反應(yīng)機(jī)理相關(guān)，包括氧化還原反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、化學(xué)穩(wěn)定性等[15-16]。研究表明，電化學(xué)過程中的能量轉(zhuǎn)換通常受到高的活化勢壘的限制，而電催化劑通常用來修飾電極以降低活化能并提高轉(zhuǎn)化率，進(jìn)而改善電池的電化學(xué)性能[17]。因此，開發(fā)對(duì)氧還原反應(yīng)(oxygen reduction reaction, ORR)和氧析出反應(yīng)(oxygen evolution reaction, OER)具有高催化活性的陰極催化劑是LABs的關(guān)鍵所在。目前在LABs中應(yīng)用最為廣泛的催化劑是碳基材料[17-22]，但其不穩(wěn)定性、對(duì)Li2O2差的催化活性和促進(jìn)電解質(zhì)分解等問題導(dǎo)致LABs的循環(huán)性能顯著降低[17,23]，這使得碳基材料不是LABs的理想陰極的選擇。因此，開發(fā)更穩(wěn)定和可逆的陰極催化劑是目前亟待解決的首要問題。

在本綜述中，首先結(jié)合LABs的結(jié)構(gòu)和反應(yīng)機(jī)理，介紹了目前LABs發(fā)展面臨的主要技術(shù)挑戰(zhàn)及影響因素，接著分析了碳基陰極的不穩(wěn)定性及其原因，最后提出了實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定和可逆的LABs陰極的幾種方法。

1 鋰-空氣電池的結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1 鋰-空氣電池的結(jié)構(gòu)

與LIBs相比，LABs具有開放式電池結(jié)構(gòu)[19,24]。如圖1所示，典型的LABs通常由金屬Li陽極、多孔陰極和其間的電解質(zhì)組成[25-28]?，F(xiàn)有的LABs技術(shù)根據(jù)其電解質(zhì)的類型，分為非質(zhì)子、水系、混合和全固態(tài)電池體系。由于基于非質(zhì)子LABs的理論能量密度是最高的[20,29-31]，因此，目前大多數(shù)的研發(fā)工作一直集中非質(zhì)子LABs的設(shè)計(jì)。本綜述以下所有討論的LABs均指非質(zhì)子體系。

圖1 鋰-空氣電池的結(jié)構(gòu)[24]Fig.1 Schematic configuration of lithium-air batteries[24]

1.2 鋰-空氣電池的工作原理

LABs的工作原理是基于金屬Li和氧氣的可逆的氧化還原反應(yīng)，如(1)式，即在放電過程中生成固體Li2O2的ORR過程和在充電過程中析出氧氣的OER過程。

(1)

1.2.1 氧還原反應(yīng)(ORR)機(jī)理

O2(sol)+ e-+ Li+→ LiO2*

(2)

LiO2*+ Li++ e-→ Li2O2*

(3)

2LiO2*→ Li2O2*+ O2

(4)

在強(qiáng)Li+溶劑化溶液中，生成的LiO2中間體溶解在電解質(zhì)溶液中，這稱為溶液介導(dǎo)的機(jī)理，如式(5)～(7)：

(5)

(6)

2LiO2(sol)→ Li2O2(sol)+ O2(sol)

(7)

圖2 鋰-空氣電池的ORR反應(yīng)機(jī)理[34]Fig.2 ORR reaction mechanism in lithium-air batteries[34]

1.2.2 氧析出反應(yīng)(OER)機(jī)理

充電時(shí)Li2O2氧化成O2有關(guān)的OER包括3種類型的反應(yīng)機(jī)理[12,35]：

(1) 放電產(chǎn)物L(fēng)i2O2分解為Li+和LiO2，Li+遷移繼續(xù)釋放O2，如式(8)，(9)：

Li2O2→ LiO2+ Li++ e-

(8)

LiO2→ Li++ e-+ O2

(9)

(2) 非晶態(tài)Li2O2相被氧化，在界面處產(chǎn)生一些Li+空位，形成Li+-缺陷的Li2-xO2相，之后Li2-xO2通過固溶反應(yīng)驅(qū)動(dòng)Li2O2氧化析出O2，如式(10)，(11)：

Li2O2→Li2-xO2+xLi++xe-

(10)

Li2-xO2→O2+(2-x)Li++(2-x)e-

(11)

(3) 在Li2O2/電解質(zhì)界面發(fā)生Li2O2的氧化，從Li2O2表面產(chǎn)生O2和Li+，而沒有LiO2中間體的形成，如式(12)：

Li2O2→ LiO2+ Li++ e-

(12)

2 鋰-空氣電池面臨的主要挑戰(zhàn)

圖3 鋰-空氣電池的主要挑戰(zhàn)[15] (a)能量效率；(b)倍率性能；(c)循環(huán)壽命Fig.3 Major challenges of lithium-air batteries[15] (a)energy efficiency;(b)rate performance;(c)cycle life

3 傳統(tǒng)的碳陰極及其不穩(wěn)定性

眾所周知，碳材料具有優(yōu)異的導(dǎo)電性和大的表面積，在許多能量存儲(chǔ)系統(tǒng)中廣泛用作催化劑載體、導(dǎo)電添加劑和電極材料。碳材料(如碳納米管[39]，石墨烯[40-43]和分級(jí)多孔碳[44-47])也廣泛用于LABs的陰極材料，并在放電過程中作為沉積Li2O2的基底。這些碳納米材料具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，通常滿足對(duì)于LABs的陰極材料的要求，包括用于大量Li2O2沉積的高比表面積，用于電子傳輸?shù)母唠妼?dǎo)率，用于O2和Li+擴(kuò)散的多孔結(jié)構(gòu)以及用于高比能量密度的輕質(zhì)量。因此，碳納米材料陰極通常具有大的放電容量和高的倍率性能，加上低成本和環(huán)境友好等特點(diǎn)，碳似乎應(yīng)該是LABs的理想陰極材料。

上述研究表明，碳陰極的不穩(wěn)定性引起的腐蝕、較差的Li2O2催化活性以及促進(jìn)電解質(zhì)分解等問題使得碳基材料不是理想的陰極選擇。

圖4 碳陰極的不穩(wěn)定性分析[48-49](a)13C陰極的Li-O2電池在200μA電流下恒流充放電的電位(U)與放電容量(Q)的關(guān)系；(b)13C陰極的Li-O2電池(1mol·L-1 LiTFSI in DME) 在18O2下放電(≈1mAh·cm-2)后的線性掃描伏安圖(0.5mV·s-1)和CO2析出圖；(c)碳陰極在高電位下的不穩(wěn)定性示意圖Fig.4 Analysis of instability of carbon cathode[48-49](a)potential (U) versus discharge capacity (Q) for Li-O2 galvanostatic discharge and charge at 200μA of current on a 13C cathode; (b)linear sweep voltammogram (0.5mV·s-1) and CO2 evolution from a Li-O2 cell with a 13C cathode discharged (≈1mAh·cm-2) under 18O2 (1mol·L-1 LiTFSI in DME);(c)schematic of the instability of carbon cathode under high potential

4 實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定和可逆的鋰-空氣電池陰極的方法

近年來，為了解決上節(jié)提到的涉及碳陰極的諸多問題，從而獲得高性能的LABs，構(gòu)建穩(wěn)定和可逆的碳陰極或者尋找替代陰極來避免涉及碳基材料的副反應(yīng)是首要任務(wù)。目前有兩種策略得到了廣泛的應(yīng)用：(1)提高碳陰極的化學(xué)穩(wěn)定性，即進(jìn)行碳的表面改性；(2)設(shè)計(jì)“無碳”陰極。兩種策略均能有效地減輕由碳的不穩(wěn)定性引起副反應(yīng)，從而避免或減少副產(chǎn)物的形成。下面的章節(jié)將具體討論。

4.1 提高碳陰極的化學(xué)穩(wěn)定性——碳的表面改性

改性sp2碳表面的一種常見方法是雜原子摻雜，在碳表面上產(chǎn)生的官能團(tuán)和缺陷邊緣可以提供用于形成Li2CO3的反應(yīng)位點(diǎn)并抑制電解質(zhì)分解，進(jìn)而提高體系中的ORR性能[50-55]。例如，Shui等[56]設(shè)計(jì)了一種垂直排列的氮摻雜珊瑚狀碳納米纖維(VA-NCCF)電極，該電極在充放電期間表現(xiàn)出高達(dá)90%的能量效率，充放電過電位低至0.3V，如此低的過電位使得電解質(zhì)分解最小化，從而提供高達(dá)1000mAh·g-1的比容量，并能可逆循環(huán)150次以上。這些優(yōu)異的性能是多種因素共同決定的，如N摻雜誘導(dǎo)的催化活性可以降低充電過電位，使電解質(zhì)分解最小化并促進(jìn)Li2O2的沉積，獨(dú)特的垂直排列的珊瑚狀纖維結(jié)構(gòu)以提供用于高效Li2O2沉積和增強(qiáng)的電子/電解質(zhì)/反應(yīng)物傳輸?shù)淖杂煽臻g。其他N摻雜碳陰極，如N摻雜石墨烯氣凝膠也表現(xiàn)出優(yōu)異的性能[43]。因此，通過合理設(shè)計(jì)具有明確分級(jí)結(jié)構(gòu)和雜原子誘導(dǎo)催化活性的陰極，可以顯著提高LABs的性能。最近，Wong等[57]設(shè)計(jì)了具有氧官能團(tuán)的多壁碳納米管(Ox-MCNT)和具有缺陷邊緣的多壁碳納米管(Ox-MCNT-900)。放電后在Ox-MCNT和Ox-MCNT-900陰極上生成的Li2O2膜能在隨后的充電中很容易的分解，進(jìn)而提高了電池的循環(huán)穩(wěn)定性和可逆性。這些研究結(jié)果表明通過控制氧官能團(tuán)和缺陷邊緣的碳表面特性對(duì)改善LABs的性能起著關(guān)鍵作用。

另一種有效的改性碳表面的方法是通過金屬或金屬氧化物納米粒子的表面修飾。許多負(fù)載有金屬或金屬氧化物的碳復(fù)合物通?？梢蕴岣週ABs陰極ORR和OER性能。Lu等[58]報(bào)道了一種在碳表面上涂覆氧化鋁(Al2O3)以鈍化碳缺陷位點(diǎn)，并用Pd納米催化劑沉積的表面改性碳陰極(如圖5)，該陰極在100mA·g-1的電流密度下具有極低的充電過電位(約0.2V)。Al2O3涂層有效地防止了碳氧化和電解質(zhì)分解，同時(shí)，Pd納米催化劑顆粒促進(jìn)了Li2O2的生長和形成。

圖5 表面改性碳陰極的結(jié)果[58](a)陰極結(jié)構(gòu)示意圖；(b)充放電曲線(電流密度100mA·g-1)Fig.5 Carbon cathode with modified surfaces[58](a)schematic of the cathode architecture; (b)discharge-charge profiles(100mA·g-1)

用均勻的涂層完成碳鈍化有助于完全阻斷寄生反應(yīng)的活性位點(diǎn)。Jian等[59]報(bào)道了核-殼結(jié)構(gòu)的CNT@RuO2復(fù)合材料作為LABs的陰極。通過簡單的溶膠-凝膠法，在陰極的CNT表面均勻地形成厚度約為4nm的RuO2殼。RuO2殼不僅可以提高CNT的化學(xué)穩(wěn)定性，對(duì)ORR和OER表現(xiàn)出良好的催化活性，而且不會(huì)降低CNT的高電導(dǎo)率。與純CNT陰極相比，CNT@RuO2陰極顯示出高的比容量和顯著降低的充電電位，以及優(yōu)異的循環(huán)性(在500mA·g-1的高電流密度下循環(huán) 100次以上)。這種核-殼結(jié)構(gòu)良好地抑制了CNT與電解質(zhì)和放電產(chǎn)物之間的接觸。Wu等[60]報(bào)道了Pt包覆的中空石墨烯納米籠陰極(Pt/HGNs)，在100mA·g-1的電流密度下充電電壓可以降至3.2V，即使在高達(dá)500mA·g-1的電流密度時(shí)，電壓也可以保持在3.5 V以下。這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)不僅可以提供許多三相區(qū)域作為有效氧還原的活性位點(diǎn)，而且還提供大量用于O2快速擴(kuò)散的介孔。此外，Pt還作為Li2O2生長的成核位點(diǎn)。同時(shí)，由于石墨烯-金屬界面的相互作用，導(dǎo)電中空石墨烯基底可以提高貴金屬Pt催化劑的催化活性。受益于中空石墨烯納米籠和納米級(jí)Pt催化劑之間的協(xié)同效應(yīng)， Pt修飾的石墨烯納米籠陰極表現(xiàn)出增強(qiáng)的電化學(xué)性能。Zhou等[61]開發(fā)了Co3O4功能化的多孔碳納米管(p-CNT/Co3O4)作為LABs的高效陰極催化劑。p-CNT的多孔結(jié)構(gòu)可有效促進(jìn)Li+和O2擴(kuò)散，Co3O4在p-CNT表面的官能化可顯著增強(qiáng)陰極表面上的O2吸附，并且通過表面生長模式形成薄膜Li2O2，從而實(shí)現(xiàn)低的充電過電位[28]。在100mA·g-1的電流密度下，p-CNT/Co3O4的初始放電容量為4331mAh·g-1，過電位降至0.95V，在定容500mAh·g-1，電流密度為200mA·g-1下循環(huán)116次。

其他表面改性碳陰極如N摻雜石墨烯氣凝膠(NPGAs)[43]、Pd修飾的涂覆FeOx的介孔碳(Pd/FeOx/C)[62]、NiCo2O4碳布復(fù)合(NiCo2O4/CC)[63]、Co3O4與石墨烯復(fù)合(Co3O4/G)[64]、δ-MnO2與石墨烯復(fù)合(δ-MnO2/G)[65]、CoSe2和CoO負(fù)載在Super P(CoSe2/CoO/SP)[66]、聚酰亞胺包裹的碳納米管(PI/CNTs)[67]、Mo2C與碳納米管復(fù)合(Mo2C/CNTs)[68]、碳布上生長TiO2(TiO2/CT)[69]等總結(jié)在表1中。

表1 典型的表面改性碳陰極Table 1 Typical carbon cathodes with modified surfaces

4.2 設(shè)計(jì)無碳陰極

4.2.1 常規(guī)無碳陰極

通常，貴金屬具有高導(dǎo)電性和高的ORR和OER催化活性，許多研究者將其作為LABs無碳陰極的首選。例如，Peng等[71]使用基于二甲基亞砜電解質(zhì)的無碳納米多孔金(NPG)陰極，盡管在500mA·g-1的電流密度下可逆容量僅為300mAh·g-1，但在100次循環(huán)后，電池容量可以達(dá)到初始容量的95%，隨后通過FTIR和DEMS驗(yàn)證了該電池的穩(wěn)定性和可逆性。Chen等[73]提出了一種具有核-殼結(jié)構(gòu)的納米多孔金/氧化釕復(fù)合材料(RuO2-NPG)作為LABs的無碳陰極，此陰極顯示出更高的比容量、更好的電催化活性和更低的過電位，這些優(yōu)異的性能歸因于由金屬氧化物層修飾的具有高導(dǎo)電性的納米多孔金構(gòu)成的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，其多孔結(jié)構(gòu)為Li2O2的沉積提供大量的存儲(chǔ)空間，并可以提供大量的活性反應(yīng)位點(diǎn)。

研究表明，雙金屬合金比單金屬材料具有更好的催化活性[78-80]，Luo等[80]利用電化學(xué)置換反應(yīng)合成了一維多孔AgPd-Pd納米管作為LABs陰極的雙功能催化劑，與純Ag納米線相比，這種多孔的AgPd-Pd納米管結(jié)構(gòu)促進(jìn)了O2和電解質(zhì)的擴(kuò)散，從而使LABs具有良好的可逆性和優(yōu)異的能量效率。另外，Lu等[78]設(shè)計(jì)的PtAu納米顆粒也表現(xiàn)出優(yōu)異的電池性能，然而，由于這些納米結(jié)構(gòu)的貴金屬稀缺，價(jià)格昂貴，質(zhì)量大，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)和使用。

金屬碳氮化物也因在催化劑領(lǐng)域表現(xiàn)出優(yōu)異的導(dǎo)電性而受到廣泛的關(guān)注[74,81-82]。Kim等[74]以嵌段共聚物作為模板，設(shè)計(jì)了具有二維六角結(jié)構(gòu)和大孔(430nm)的介孔氮化鈦(m-TiN)的無碳陰極(如圖6)。該陰極具有超過100次循環(huán)的穩(wěn)定循環(huán)性能。m-TiN的微結(jié)構(gòu)孔隙結(jié)構(gòu)可能會(huì)限制Li2O2的生長，防止Li2O2從陰極脫落，這對(duì)于LABs的長期可循環(huán)性是非常重要的。此外，他們還使用聚氨酯隔膜來保護(hù)Li金屬免受腐蝕，并通過加入LiI溶液作為氧化還原介體，電池在定容430mAh·g-1下，可穩(wěn)定循環(huán)280次以上。

圖6 m-TiN陰極的制備和電化學(xué)性能測試結(jié)果[74](a)制備過程示意圖；(b)首次充放電曲線(電流密度50mA·g-1)；(c)不同催化劑的首次充放電曲線；(d)循環(huán)性能Fig.6 Synthesis and electrochemical performance of m-TiN cathode[74](a)schematic of processes for synthesis;(b)first discharge-charge profiles (50mA·g-1);(c)first discharge-charge profiles of batteries with five catalysts;(d)cycling performances of the same five catalysts

其他無碳復(fù)合陰極如過渡金屬碳化物如碳化鈦(TiC)[81]、二氧化釕(RuO2)[83]、金屬氧化物如釕負(fù)載氧化銦錫(Ru/ITO)[84]、釕負(fù)載的銻摻雜氧化錫(Ru/STO)[85]等總結(jié)在表2中。

4.2.2 自支撐陰極設(shè)計(jì)

典型的LABs陰極是使用聚合物黏合劑將活性碳基材料涂覆在集電體上構(gòu)成的[86-90]。然而，在放電期間會(huì)受到O2-自由基的親核攻擊，黏合劑的降解會(huì)形成不期望的副產(chǎn)物[91-93]。這些副產(chǎn)物往往在陰極表面上形成薄膜，抑制其催化活性，從而導(dǎo)致LABs的容量嚴(yán)重衰減[91]。因此，構(gòu)建無任何聚合物黏結(jié)劑的自支撐陰極可以有效地解決因黏結(jié)劑降解帶來的問題，這有助于實(shí)現(xiàn)更穩(wěn)定和可逆的LABs。

已經(jīng)有大量研究是使用具有高電導(dǎo)率和催化活性的金屬及其合金直接生長在多孔導(dǎo)電金屬(Ni)基底上作為無碳的陰極。Liu等[94]制備了一個(gè)在多孔Ni泡沫上生長Ru納米顆粒的無碳氧化物陰極(UNF@Ru)(如圖7)，避免了因碳和黏結(jié)劑反應(yīng)導(dǎo)致的副反應(yīng)，該陰極在100次循環(huán)中顯示出穩(wěn)定的循環(huán)而沒有電壓衰減。并通過DEMS未檢測到CO2的析出，這表明UNF@Ru陰極可以有效地催化LABs的ORR和OER。

表2 典型的常規(guī)無碳陰極Table 2 Typical conventional carbon-free cathodes

圖7 UNF@Ru陰極的制備和電化學(xué)性能測試結(jié)果[94](a)制備過程示意圖；(b)充放電曲線(電流密度500mA·g-1)；(c)循環(huán)性能(定容1500mAh·g-1，電流密度500mA·g-1)Fig.7 Synthesis and electrochemical performance of UNF@Ru cathode[94](a)schematic of processes for synthesis;(b)discharge-charge profiles (500mA·g-1);(c)cycling performances at 500mA·g-1 with a limited capacity of 1500mAh·g-1

Kim等[95]提出了一種Au納米顆粒修飾的自支撐Ni納米線陰極(Au/Ni)，采用氧化鋁(AAO)模板通過電鍍法合成Ni納米線陣列，然后將Au納米顆粒直接沉積在Ni納米線作為空氣陰極(見圖8)。該電極在高達(dá)500mA·g-1的電流密度下顯示出高達(dá)590mAh·g-1的比容量，并且在100次循環(huán)內(nèi)具有穩(wěn)定的循環(huán)性能。

金屬氧化物也可以直接通過不同的方法沉積在集流體上，如電化學(xué)沉積、水熱法、化學(xué)氣相沉積等。Tan等[96]報(bào)道了一種由RuO2納米顆粒修飾的NiO納米片組成的陰極(RuO2/NiO/Ni)。此陰極能夠在空氣中以500mAh·g-1的電流密度循環(huán)200次，且具有穩(wěn)定的庫侖效率(100%)和高的能量效率(約75%)。這些優(yōu)異的性能歸功于RuO2納米顆粒和NiO納米片的協(xié)同作用，不僅催化ORR和OER，還促進(jìn)了在空氣中放電時(shí)副產(chǎn)物(如LiOH、碳酸鹽等)的分解。Kang等[97]在鎳網(wǎng)上制備了具有有序宏觀介孔結(jié)構(gòu)的氧缺陷TiO2-x(HOP-bTiO2)用作LABs的自支撐陰極。由于氧空位或Ti3+的高電導(dǎo)率以及提供用于存儲(chǔ)Li2O2的多孔結(jié)構(gòu)，該LABs在300次循環(huán)中表現(xiàn)出優(yōu)異的能量效率。

圖8 Au/Ni陰極的制備和電化學(xué)測試結(jié)果[95](a)制備過程示意圖；(b)充放電曲線；(c)循環(huán)性能(電流密度500mA·g-1)Fig.8 Synthesis and electrochemical performance of Au/Ni cathode[95](a)processes for synthesis;(b)first discharge-charge profiles;(c)cycling performances at 500mA·g-1 of Au/Ni electrode

其他典型的自支撐無碳陰極如Pt-Gd/Ni[98]，Co3O4/Ni[99]，ε-MnO2/Ni[100]，Pt修飾的TiO2納米自支撐陣列(Pt/TNT/Ni)[101]，Pd/Co3O4/Ni[102]總結(jié)于表3。

表3 典型的自支撐無碳陰極Table 3 Typical free-standing-type cathodes

5 結(jié)束語

隨著人們對(duì)高效儲(chǔ)能系統(tǒng)日益增長的需求，具有極高的理論能量密度的LABs被認(rèn)為是儲(chǔ)能領(lǐng)域的最有希望的技術(shù)之一。盡管LABs有許多優(yōu)點(diǎn)，但其差的循環(huán)穩(wěn)定性以及高的充電過電位導(dǎo)致的低能量效率阻礙了該技術(shù)的實(shí)際發(fā)展。因此，目前最重要的挑戰(zhàn)之一是提高陰極的穩(wěn)定性和可逆性，以降低充電過電位，從而提高LABs的性能。傳統(tǒng)的碳電極腐蝕仍然是危害LABs性能的主要問題之一，為了解決這個(gè)問題，碳的表面改性和無碳陰極設(shè)計(jì)是兩種十分有前景的解決方案，前者需要在碳表面均勻地分散保護(hù)材料，而后者需要更穩(wěn)定和低成本的高導(dǎo)電材料。陰極結(jié)構(gòu)對(duì)LABs的比容量和容納更多的放電產(chǎn)物等方面起著決定性的作用，隨著納米技術(shù)的高速發(fā)展，催化活性更高、孔隙率更高、比表面積更大、質(zhì)量更輕的材料也將大量問世。此外，進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)LABs基本反應(yīng)機(jī)理的理解將為開發(fā)高性能的LABs陰極提供實(shí)際的指導(dǎo)。總之，LABs性能的進(jìn)一步提高需要多個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)突破，實(shí)驗(yàn)和理論的有效結(jié)合最終將實(shí)現(xiàn)LABs的實(shí)際應(yīng)用。