孙世刚教授、乔羽教授、王欣教授， AEM：多功能聚合物添加剂增强Li-O2电池反应动力学和可逆性

第一作者：吴小红，牛奔

通讯作者：孙世刚*，乔羽*，王欣*

单位：厦门大学，东莞松山湖材料实验室

Li-O₂电池属于开放体系，氧气引入到开放体系中，更加重了Li-O₂电池的复杂程度。Li-O₂电池面临的挑战，一方面来自于正极，涉及到ORR过程中的超氧化物转化以及不导电放电产物过氧化锂的堆积问题。过氧化锂分布不均匀，且易堵塞正极活性位点，使其钝化并失活，从而加速电池衰退。OER过程中不导电的过氧化锂难以分解，导致Li-O₂电池可逆性差。

另一方面，氧气侵蚀以及正极副产物穿梭到负极，在负极侧累积，易导致负极失效。本篇工作通过引入可溶于电解液的聚合物添加剂，提升了Li-O₂电池ORR反应动力学，减少了与超氧物种相关的亲核攻击副反应，抑制了氧气侵蚀以及副产物穿梭导致的锂金属负极失效。聚合物为电解液添加剂的研究提供了新的选择，有助于推动Li-O₂电池的进一步发展和应用。

基于此，来自厦门大学的孙世刚教授、乔羽教授与东莞松山湖材料实验室的王欣教授合作，在国际知名期刊Advanced Energy Materials上发表题为“Enhancing the Reaction Kinetics and Reversibility of Li–O₂ Batteries by Multifunctional Polymer Additive”的研究性文章。该文章研究了微量的聚合物分子PTFEMA（聚(甲基丙烯酸三氟乙酯)）作为多功能添加剂，在提升Li-O₂电池ORR动力学性能，反应可逆性，锂金属保护方面有着显著的效果。

图 1 聚合物添加剂PTFEMA在Li-O₂电池中的作用机理示意图

图2 PTFEMA的（a）红外与（b）分子凝胶色谱表征。（c）溶于电解液的PTFEMA及其对过氧化锂稳定性的核磁共振1H谱测试。

要点二：PTFEMA提升ORR反应动力学

图3 （a）电极液中不同含量的PTFEMA对应的核磁共振7Li谱。（b）GDL-PTFEMA与（c）PTFEMA-Li⁺的结构优化以及吸附能计算。（d）有无PTFEMA添加剂时，Li-O₂电池的深度放电曲线。插图：容量为4.0 mAh cm^-2时，Li-O₂电池的放电产物形貌。（e）PTFEMA-LiO₂与（f）PTFEMA-Li₂O₂的结构优化以及吸附能计算。（g）O₂条件下，有无PTFEMA添加剂的循环伏安曲线。（h）固定电位（2.2 V vs. Li⁺/Li）下，转换气氛（惰性Ar，O₂）时电流随时间的响应（i-t曲线）。

要点三：PTFEMA提升ORR/OER反应可逆性

图4 （a）ORR过程硫酸氧钛基紫外滴定。（b）基于重水萃取的核磁共振1H谱。在进行合理分析前已对内标苯的峰高度进行了归一化。（c）含PTFEMA添加剂的Li-O₂电池ORR过程机理示意图。（d）OER过程硫酸氧钛基紫外滴定。（e）充电容量为4.0 mAh时，电极表面的扫描电镜和能谱分析。（f）含PTFEMA添加剂的Li-O₂电池OER过程机理示意图。

要点四：PTFEMA助力Li-O₂电池电化学性能

图5 （a）有无PTFEMA添加剂时，Li-O₂电池充放电曲线。电流密度分别为（b）500 mA g^-1和（c）1000 mA g^-1条件下，有无PTFEMA添加剂的Li-O₂电池循环性能对比。循环20圈后，Li-O₂电池的（d）阻抗谱和（e）核磁共振1H谱。

要点五：PTFEMA改善Li金属负极稳定性

图6 氧气气氛中，电流密度分别为（a）0.25 mA cm^-2和（b）0.5 mA cm^-2，有无PTFAME添加剂的锂锂对称电池循环性能。（a）中插图：循环25圈后，锂金属表面形貌对比。（b）中插图：有无PTFEMA添加剂时，穿梭效应对锂金属负极的影响示意图。（c）Li-O₂电池循环20圈后，锂金属表面及截面形貌对比。（d）聚合物添加剂PTFEMA在Li-O₂电池中的作用机理示意图。

Enhancing the Reaction Kinetics and Reversibility of Li–O₂ Batteries by Multifunctional Polymer Additive”

孙世刚教授简介：中国科学院院士，教授、博士生导师，获国家自然科学奖二等奖、教育部自然科学奖一等奖、国际电化学会Brian Conway奖章、中法化学讲座奖和中国电化学贡献奖；被评为全国优秀科技工作者、全国模范教师和全国优秀博士学位论文指导教师。任固体表面物理化学国家重点实验室学术委员会主任，中国化学会副理事长。任国际Electrochimica Acta副主编、J. Electroanal. Chem.、ACS Energy Letters和国内《应用化学》编委，《物理化学学报》、《光谱学与光谱分析》、《化学学报》和《化学教育》副主编、《Journal of Electrochemistry》（电化学）主编。

学术成果：以第一作者和通讯作者身份在Nature Energy, Nature Catalysis, Joule (5篇), Angew. Chem. (5篇), Energy Environ. Sci. (4篇), Adv. Mater. (6篇), Adv. Energy Mater. (5篇) 等科研期刊发表学术论文40余篇。获奖情况：国家海外高层次人才引进计划（青年项目，2019批次）；厦门大学“南强青年拔尖人才支持计划”（A类，2021年度）；厦门市高层次人才引进计划（双百计划）；厦门市高层次留学人员；日本文部省奖学金；国家留学基金委CSC高水平公派奖学金等。

应聘岗位：

博士后1-2名（隶属嘉庚创新实验室）

1、已取得或即将取得博士学位，年龄在35周岁以下；

2、具有独立开展研究工作的能力，以第一作者身份发表过二次电池能源电化学方向SCI一区论文2篇以上（能力特别突出、或课题组紧缺方向可降低要求）；

3、熟练掌握锂离子电池为主的二次电池体系相关知识，有较强的独立研究工作能力。优先考虑具有材料和结构、原位气相质谱、原位红外光谱等研究背景的申请者；

4、良好的英文阅读与写作能力；并且能够协助指导研究生完成科研工作（另有偿）；

5、优秀的学术道德和团队合作精神。

1、基本薪酬 ：第一年24万元/年；第二年起每年增加2万（税前）；

2、提供厦大博士后公寓（翔安校区：约六七十平方米，房租 8-10元/平方米/月）或相应租房补贴；

3、博士后子女按学校教职工子女同等待遇办理入托儿所、幼儿园、入学；

【注】入选 “博士后创新人才支持计划项目（博新计划）”、“香江学者计划”者，相关待遇按照国家及厦门大学相关规定执行。

详情和具体规定，请登录厦大博士后网站查询：

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