我学者重新定位下一代锂二氧化碳电池的发展和应用方向

• 2023-02-03 17:53:13 来源：科技日报

(资料图片仅供参考)

科技日报记者 吴长锋

记者3日从中国科学技术大学了解到，该校工程科学学院热科学和能源工程系特任教授谈鹏团队通过探究多组分协同传输对锂二氧化碳（Li-CO2）电池的作用规律，重新认识了锂二氧化碳电池的工作电压，为下一代锂二氧化碳电池的发展提供了调控策略。相关成果日前在国际著名学术期刊《美国科学院院刊》在线发表。

锂二氧化碳电池能够输出电能的同时将二氧化碳固定为碳酸盐和碳，因而具有储能和固碳的双重优势。先前的报道普遍认为锂二氧化碳电池的工作电位和锂氧电池相似，在2.6伏左右。但缓慢的二氧化碳还原反应（CO2RR）是否能够媲美更活泼氧气还原反应，从而产生这样高的电压。

研究团队搭建了一种电化学测试平台，使电池中的活性气体流动起来，确保了纯净的二氧化碳环境。碳电极、催化剂负载的碳电极及非碳电极均表明锂二氧化碳电池的工作电压为约1.1伏，且二氧化碳还原反应速率远低于氧还原反应。经产物测试分析，研究团队提出约1.1伏电压下的放电产物为晶态、非晶态碳酸锂以及非晶态碳的混合物，肯定了四电子转移机制。研究表明，部分研究中所呈现的TEM图像很可能不是自然放电产物，而是电子束诱导的物质形态。

中国科大供图

为寻找高电压的来源，研究团队将电压平台提升至1.8-2.0伏，放电产物中并没有检测到氢氧化锂、氧化锂等副产物。然而，所产生碳酸锂的形貌和结晶度却有明显差异。氧气和水通过改变碳酸锂的生成路径降低能量势垒，并且有效缓解电极钝化，从而加快反应速率，提升放电电压平台。随后，研究团队通过模拟先前报道中静态封存二氧化碳的测试方法，成功复刻出了2.6伏电压平台，锂源产物仍然为单一的碳酸锂。

这项研究重新定位了下一代锂二氧化碳电池的发展和应用方向：一方面，进行纯二氧化碳环境下的机理研究，开发相适配的组件如催化剂、电解质和电极，而不是复制先前的研究或锂氧电池。另一方面，面向大规模废气处理或深空探测，开发环境气体辅助的二氧化碳基电池。

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