随着人类社会的不断发展,对于能源的需求日益增长,大量化石燃料的燃烧所带来的能源枯竭与全球性温室效应问题日益加剧。因此,迫切需要找到一种能捕获与高效利用CO₂的技术。可充电Li-CO₂电池的工作原理是4Li+3CO₂?2Li₂CO₃+C,在实现能量的存储与转化的同时,又能加速碳循环,为CO₂的资源化利用提供了一种新的出路。这一新技术的发展目前主要面临以下几个方面的挑战:1、放电过程中的主要产物是碳酸锂,分解电位较高,当前以碳材料为主的正极催化剂,不能有效降低充电过程中的过电位;2、Ru贵金属催化剂,从成本的角度来讲应用前景较差;3、Li-CO₂电池中,缺少对于锂负极保护的研究。基于以上主要问题,本文从正极催化剂和锂负极保护两方面开展工作,首先设计制备了多孔结构的锰基氧化物,系统性地研究了其应用于Li-CO₂电池中的电化学性能,并通过各种表征手段,深入研究了其催化的Li-CO₂电池的反应机制;同时初步探索了Li-CO₂电池负极保护的设计方法。具体研究主要包括以下几个方面:第一,设计了一种简单的方法制备多孔锰基氧化物,得到了晶相较纯且空间结构呈三维连续多孔的Mn₂O₃。通过组分与结构优化,发现Mn₂O₃具有更高的催化活性与稳定性。当电流密度为50 m A g^-1,电压窗口为2-4.5 V,截止容量为1000 mAh g^-1时,通过比较Mn₂O₃/KB与纯KB分别作为Li-CO₂电池正极的循环性能,发现Mn₂O₃具有更好的催化效果,电池可稳定循环30圈,充电电位为4.42 V,而纯KB只能循环不到4圈,充电电位已达到4.5 V。同时,Mn₂O₃的加入降低了电池的充电电位,减小了电池极化（减小了0.16 V,与纯KB电极相比）。利用XRD、SEM、FTIR、Raman等表征对其产物形貌、成分进行了系统的分析,随着充放电循环的进行,片状的放电产物Li₂CO₃可逆的生成和分解,同时利用纯Mn₂O₃电极证明了放电产物中有碳生成,Raman数据表明放电产物中的碳具有较高的结晶度,我们的研究证实了Mn₂O₃作为Li-CO₂电池正极催化剂的作用机理,即放电过程中催化生成碳酸锂和碳,充电过程中碳酸锂发生分解。第二,采用了一种简单的方法对负极进行保护,利用自制空气电池测试装置通过N₂处理纯锂片,成功制备了Li₃N/Li负极,并对不同氮化时间的Li₃N/Li进行了SEM和阻抗测试分析,证实了薄膜的生长机制,前期是层状生长为主,后期是岛状生长速度加快,并且发现氮化1 h的Li₃N/Li负极的作用效果最好,电荷转移电阻最小。然后将其应用于Li-CO₂电池,发现对电池性能有一定的改善。前10圈的充放电电压平台变得更稳定,为Li-CO₂电池负极保护的研究提供了新的选择。