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何建平/馬仁志AEM: 低充電過(guò)電位、高工作電壓的水系甲酸鹽基Li-CO2電池

Li-CO₂電池（LCOB）被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)高效碳封存和能量存儲(chǔ)的重要策略。然而，大多數(shù)典型的放電產(chǎn)物（Li₂CO₃和C）不溶且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，需要高電荷過(guò)電位（≈3.5-4.5 V）才能分解。

在此，南京航空航天大學(xué)何建平教授與日本國(guó)立材料科學(xué)研究所(NIMS)馬仁志研究員等人聯(lián)合提出了一種以甲酸 (HCOOH) 作為放電產(chǎn)物的新型水系LCOB，其中納米多孔Pd薄膜用作正極，NASICON型固態(tài)電解質(zhì)用作隔膜。

可溶性HCOOH可直接用于充電過(guò)程，無(wú)需任何進(jìn)一步純化或壓縮，非常容易實(shí)現(xiàn)電化學(xué)循環(huán)。具有高電化學(xué)表面積的納米多孔Pd薄膜對(duì)CO₂還原和甲酸氧化均表現(xiàn)出優(yōu)異的雙功能催化性能。

圖1. 水性LCOB的設(shè)計(jì)

這種高性能的雙功能催化劑使組裝的LCOB提供2.61 V的高放電電位平臺(tái)和2.87 V的低充電電位。水系LCOB的過(guò)電位低至0.26 V，能量效率高達(dá)91%。

電池提供了超過(guò)300小時(shí)的穩(wěn)定循環(huán)性能，充電電位保持在2.99 V。這項(xiàng)工作展示了一種全新的水系LCOB，以 HCOOH作為放電產(chǎn)物，利用CO₂作為動(dòng)力源。

圖2. 水系LCOB的電池性能

Aqueous Formate-Based Li-CO₂ Battery with Low Charge Overpotential and High Working Voltage, Advanced Energy Materials 2021. DOI: 10.1002/aenm.202101630

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