旋转圆盘电极（RotatingDiskElectrode,RDE）在锂空气（Li-Air）电池研究中扮演着至关重要的角色，主

要用于深入探究电池核心反应——氧还原反应（ORR）和氧析出反应（OER）的动力学过程。其应用和优势主

要体现在以下几个方面：

　　1.研究氧电极反应动力学（ORR&OER）

　　核心作用：这是RDE在Li-Air电池研究中最主要的应用。Li-Air电池的性能（能量效率、倍率性能、循环寿命）

高度依赖于正极（空气电极）上ORR（放电）和OER（充电）反应的动力学速率和可逆性。

　　控制传质：RDE的旋转通过强制对流精确控制反应物（溶解氧）向电极表面的传输速率（扩散通量）。这是研究

本征动力学的前提。

　　分离动力学与传质：

　　Koutecky-Levich方程：这是RDE数据分析的核心。通过测量不同转速下的稳态极限电流密度，利用K-L方程可

以将总的电极过程分解为：

　　动力学控制部分：电极表面发生的电荷转移反应速率（反应速率常数k，交换电流密度i0）。

　　传质控制部分：反应物（O₂）扩散到电极表面的速率（扩散系数D，浓度C）。

　　获取关键参数：通过K-L图可以计算出：

　　电子转移数（n）：对于ORR，判断反应路径（是生成Li₂O₂的2e⁻过程，还是生成LiOH等产物的4e⁻过程？）。

　　反应速率常数（k）：定量评价催化剂活性。

　　交换电流密度（i0）：直接反映电极反应的可逆性和动力学快慢。

　　评价催化剂性能：这是RDE在Li-Air研究中最频繁的应用之一。

　　在完全相同的条件下（电解液、温度、氧浓度、转速），比较不同催化剂修饰的RDE上的ORR和OER的极化曲线

（LSV）和由K-L分析得到的动力学参数（n,k,i0）。

　　快速、定量地筛选高效双功能催化剂（同时促进ORR和OER）。

　　研究催化剂结构-性能关系。

　　研究反应机理：

　　通过分析电子转移数n，推断可能的反应路径和产物。

　　结合旋转环盘电极（RRDE），检测中间产物（如超氧根离子O₂⁻），更深入地揭示反应机理。

　　2.评估电解液稳定性

　　Li-Air电池的电解液（通常是有机溶剂+锂盐）在高压充电（OER）和强亲核性中间体（如O₂⁻）存在下容易分解。

　　使用RDE可以在受控的氧气环境下：

　　研究电解液组分在ORR/OER电位窗口内的电化学稳定性（循环伏安CV）。

　　观察可能的分解反应对ORR/OER电流和电极表面的影响。

　　比较不同电解液对反应动力学的影响。

　　3.研究产物形成与沉积行为（有限作用）

　　虽然RDE主要用于研究溶解氧参与的反应，对于Li-Air中固体产物（Li₂O₂）的沉积研究能力有限（旋转会甩掉沉

积物，无法模拟真实电池中电极孔隙堵塞的情况），但仍有部分应用：

　　初始沉积行为：在短时间或低容量沉积下，可以研究初始产物形成的动力学和过电位。

　　产物溶解度影响：如果产物（或中间体）具有一定溶解度（如在某些电解液中），RDE可以研究其溶解和扩散行为。

　　催化剂表面钝化：研究催化剂表面被薄层产物覆盖对反应动力学的影响（反应电流衰减）。

　　优势

　　定量化动力学参数：能够分离动力学和传质，获得本征动力学参数（k,i0,n）。

　　标准化测试：提供高度可控和可重复的实验环境（温度、氧浓度、传质速率），便于不同催化剂/电解液体系的

公平比较。

　　相对快速高效：相比组装和测试完整的Li-Air电池（耗时、复杂、影响因素多），RDE测试可以在短时间内获得

电极材料/催化剂的关键电催化性能数据。

　　机理研究：结合K-L分析和RRDE，是研究ORR/OER反应机理的有力工具。

　　所需样品量少：只需要少量催化剂材料涂覆在RDE尖端即可进行测试。

　　局限性与注意事项

　　非真实电池环境：RDE是理想化的、具有均匀表面的液体/电极界面模型。

　　无法模拟真实Li-Air电池正极复杂的多孔结构、三相反应界面（固-液-气）、以及放电产物在孔道内的积累和堵塞效应。

　　无法研究长期循环性能。

　　产物沉积研究的局限性：如上所述，旋转会破坏固体产物的持续沉积，难以研究深度放电导致的电极钝化和失效。

　　电解液选择：必须选择能够充分溶解氧气且粘度合适的电解液，以保证旋转产生的对流有效。

　　氧饱和度的控制：严格维持电解液中溶解氧的饱和浓度至关重要，需要持续通入纯氧并保持密封。

　　水氧杂质：实验需要在严格的无水无氧手套箱中进行，或使用特殊设计的密封电解池，以防止空气和水汽污染，

这对Li-Air体系尤为关键。

　　总结

　　旋转圆盘电极是研究锂空气电池中关键氧电极反应（ORR/OER）动力学和机理的不可或缺且极其强大的基础研

究工具。它在高效筛选和定量评价催化剂/电极材料、研究电解液稳定性以及初步探索反应路径方面具有巨大优势。

然而，必须认识到其研究环境与真实多孔电极电池存在显著差异，其结果主要用于理解基础科学问题和指导材料开

发。最终催化剂和电极性能的验证，以及电池整体性能（如容量、循环寿命）的评估，仍然需要在模拟或真实的锂

空气电池装置中进行。

　　简言之：RDE是深入理解Li-Air电池核心反应“引擎”（ORR/OER）如何工作的精密“诊断仪器”，是优化

“引擎部件”（催化剂/电解液）的关键第一步，但不能完全预测整个“汽车”（完整电池）的最终表现。