可逆二氧化碳/草酸锂调节实现先进的锂-二氧化碳电池!

Li-CO2电池因其兼具温室气体利用和能量储存的优势而备受关注。然而，气态CO2与Li2CO3产物之间的高动力学势垒导致工作电压较低（<2.5 V），能量效率较低。此外，Li2CO3的可逆性由于其较高的充电平台会引入更多的分解途径而受到质疑。

在此，吉林大学徐吉静团队通过协同CO2、可溶性氧化还原介质（2,2,6,6-四甲基哌啶氧，作为TEM RM）和还原氧化石墨烯电极，开发出了一种新型的 "三位一体 "Li-CO2电池系统，实现了CO2到Li2C2O4的选择性转化。

结果显示，所设计的Li-CO2电池的输出电位高达2.97 V，高于Li2CO3 2.80 V的平衡电位，并且具有97.1%的超高效率。研究表明，Li-CO2电池的优越性能归功于TEM RM介导的Li2C2O4优先生长机制，其增强了反应动力学和可充电性。

图1. Li-CO2电池中传统和RM介导放电过程的示意图及电化学性能

总之，该工作通过CO2和TEM RM的协同作用优化了Li-CO2电池的化学过程，同时实现了CO2优先转化为Li2C2O4。具体来说，可溶性 TEM RM 最初捕获电解质中的 CO2 分子，形成 TEM-Li+-CO2 复合物，促进放电过程中的电子转移。随后，释放原始 TEM并定期沉积 Li2C2O4 层。因此，采用 TEM RM 的 Li-CO2 电池表现出显着提高的放电电压，高于 Li2CO3 的平衡电位。即使在800 mA g−1的大电流下，电池的充电电压也达到3.15 V，仅比100 mA g−1时的充电电压高0.06 V。

此外，在缺乏CO2的环境中，TEM RM的Li-CO2电池的输入和输出电压分别达到3.13 V和2.81 V，同时保持50 Ah g−1的容量。因此，该工作为开发具有高放电平台的Li-CO2电池提供了启发，并为进一步开发和应用可充电CO2储能系统提供了可行的指导。

图2. Li-CO2电池的电化学性能

Reversible Carbon Dioxide/Lithium Oxalate Regulation toward Advanced Aprotic Lithium Carbon Dioxide Battery, Angewandte Chemie International Edition 2024