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Li-O2电池因为拥有极高的理论能量密度而备受关注,可以为电动汽车等设备长时间持续供能,这使其成为未来极具发展前景的储能系统之一。但是,现如今Li-O2电池仍有很多问题有待解决,实现产业化还需要付出更多的努力。最主要的问题之一是由于过高的过电势,这会降低电池的能量效率,分解正极和电解液,造成电池体系的不稳定。利用有效的固态催化剂或者氧化还原媒介（Redox Mediators,RMs）可以有效降低能垒,促进反应速率,降低过电势。固态催化剂可以负载于O2正极电极上,催化氧化放电过程中产生的产物。但是固态催化剂会与电解液反应发生副反应,且只能氧化在其周围的Li2O2。而使用RMs能溶解于电解液中,可高效快速分解Li2O2,从而大大提高电池能量效率。但是含有RM的体系中存在穿梭效应（shuttle effect）,导致RM持续损耗及Li负极的不断腐蚀。为了解决上述问题,本论文着手于以下两个工作:1.通过球磨法和高温热处理法制备了NCNs/CTs,并将其作为柔性O2正极应用在Li-O2电池中。所制备的NCNs为纳米笼结构。这种多级孔的三维结构可以加快电解质渗透、Li+迁移和O2扩散,并且有利于Li-O2电池的电化学反应速率。在电流密度0.2 mA cm-2、容量限制为0.5 mAh cm-2及电位范围为2.3-4.5 V vs.Li/Li+条件下,相比于以CTs和NCNs+binder/CTs为O2电极的电池,以NCNs/CTs为O2电极的电池表现出较长的循环寿命、较低的过电势、良好的可逆性及较高的电化学稳定性。这均归因于NCNs较高的催化能力和优化的binder-free柔性电极结构的设计。2.通过高温热处理法制备了MnxCo3-xO4-based separator,并应用于在Li-LiI-O2电池中。在容量限制为1000 mAh g-1,电位范围2.3-4.0 V vs.Li/Li+,电流密度为200 mA g-1的测试条件下,含有MnxCo3-xO4-based separator的电池能稳定循环461次。值得一提的是,电池死亡时的充电电压仍保持在3.3 V左右。实验结果表明,双功能型MnxCo3-xO4-based separator不仅可以促进氧化还原电对（redox couple）的动力学过程,还可以有效抑制shuttle effect,保护Li负极,从而大大提高了电池的循环寿命和能量转换效率。除此之外,我们还首次讨论了redox couple对电池容量的贡献并且合理推测了反应机制。这将为RMs的研发及功能性隔膜的设计做出一定贡献。